JP2013242297A - Viscosity measurement device and measurement method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a viscosity measurement device in which the quantity of a sample, which is a substance to be detected, is smaller than the conventional quantity, which is smaller than the conventional device and in which viscosity of a substance having low viscosity of around 10 cP or lower can be measured more accurately than the conventional device, and a method of the same.SOLUTION: A viscosity measurement device of this invention includes: a container which contains a substance to be measured; a spherical rotor which is formed by a conductive material, is immersed in the substance to be measured, and is arranged being in contact with the bottom of the container; a magnet; a rotating magnetic field control unit; and a viscosity detection unit. The rotating magnetic field control unit gives a rotating magnetic field to the rotor by the magnet, excites an induction current to the rotor, gives a rotation torque to the rotor by the Lorentz interaction between the induction current and the magnetic field applied to the rotor, and controls the magnetic field in such a manner that the rotor moves in circulation, according to the rotation of the rotating magnetic field. The viscosity detection unit detects the viscosity of the substance to be measured by the number of circulation of the circulation movement of the rotor.

Description

本発明は、物質の力学物性である粘性を測定するための粘性測定装置及びその測定方法に関する。   The present invention relates to a viscosity measuring apparatus and a measuring method for measuring viscosity, which is a mechanical property of a substance.

従来、対象とする物質の力学物性を検出するため、粘性や弾性の測定が行われている(例えば、特許文献1参照)。
粘性及び弾性の測定は、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。
Conventionally, measurement of viscosity and elasticity has been performed in order to detect the mechanical properties of a target substance (see, for example, Patent Document 1).
Viscosity and elasticity are measured in the manufacturing process of pharmaceuticals, foods, paints, inks, cosmetics, chemical products, paper, adhesives, fibers, plastics, beer, detergents, concrete admixtures, silicon, etc., quality control, performance evaluation, It is an indispensable measurement technology for raw material management and research and development.

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。
(1)粘度管法、(2)振動子を接触させる方法、(3)表面弾性波を用いる方法 、(4)回転子を用いる方法、(5)剛体球を落下させる方法、(6)動的光散乱法、(7)Zimm型粘度測定法、(8)EMS(Electro Magnetically Spinning)粘度測定法などである。
Conventionally known methods for measuring viscosity include the following methods.
(1) Viscosity tube method, (2) Method of contacting vibrator, (3) Method of using surface acoustic wave, (4) Method of using rotor, (5) Method of dropping hard sphere, (6) Motion Light scattering method, (7) Zimmm type viscosity measurement method, and (8) EMS (Electro Magnetically Spinning) viscosity measurement method.

特開2005−69872号公報JP 2005-69872 A

しかし、上述した方法の内、上記(1)〜(5)の方法に関しては、数cc以上という多量の試料(測定対象の物質)が必要となる。
特に、上記(2)〜(5)の方法に関しては、試料の粘度(粘性係数、すなわち粘性)が少なくとも10cP以上でないと精度のよい計測が出来ない。そのため、上記(2)〜(5)の方法は、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。
さらに上記(6)の方法に関しては、測定装置が大規模である。また、上記(6)の方法は、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。
However, among the methods described above, the methods (1) to (5) require a large amount of sample (substance to be measured) of several cc or more.
In particular, with respect to the methods (2) to (5), accurate measurement cannot be performed unless the viscosity (viscosity coefficient, ie, viscosity) of the sample is at least 10 cP or more. Therefore, the methods (2) to (5) above cannot accurately measure the viscosity of a material having a viscosity lower than 10 cP.
Furthermore, regarding the method (6), the measuring apparatus is large-scale. In addition, the method (6) needs to transmit light to such an extent that the measurement accuracy can be maintained, and therefore cannot be applied to other than transparent samples.

上記(7)の方法に関しては、円筒状の回転子が直立した状態で試料中に配置されることが必須の条件となる。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。このため、上記(7)の方法においては、浮力によって回転子を維持して測定を行う場合、回転子における試料に対する濡れ性などが不均一であることによって、回転子を直立した状態に維持することが困難となる。   Regarding the method (7), it is an essential condition that the cylindrical rotor is placed in the sample in an upright state. If the wettability of the rotor with respect to the sample is not uniform over the entire surface of the rotor, the rotor cannot be erected in the sample. For this reason, in the method (7), when measurement is performed while maintaining the rotor by buoyancy, the rotor is maintained in an upright state due to non-uniform wettability of the rotor with respect to the sample. It becomes difficult.

上記(8)の方法に関しては、回転子と試料を入れた容器の底に回転子が接触して回転する。このため、回転子と容器との間の接触点における摩擦が生じ、粘度を測定するための誤差が生じる。したがって、上記(8)の方法に関しては、この摩擦により発生する測定誤差により、上記(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、高い精度の測定を行うことができない。
また、上記(8)の方法に関しては、容器内の試料中に完全に埋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る。そのため、透明試料以外の試料、例えば黒色の試料を測定することができない。
また、上記(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がある。しかし、コロイドやスラリーなどの試料は、反射光として強い散乱光を発生するため、レーザの散乱を用いる場合、コロイドやスラリーなどの試料を測定することができない。
Regarding the method (8), the rotor contacts the bottom of the container containing the rotor and the sample and rotates. For this reason, friction occurs at the contact point between the rotor and the container, and an error for measuring the viscosity occurs. Therefore, with the method (8), due to the measurement error caused by this friction, a highly accurate measurement can be performed on a sample having a viscosity of at least 10 cP, as in the methods (2) to (5). I can't do it.
In the method (8), since the rotation of the rotor completely buried in the sample in the container is observed, it is necessary to transmit light to the extent that the measurement accuracy can be maintained. Therefore, a sample other than the transparent sample, for example, a black sample cannot be measured.
In the method (8), the rotation of the rotor in the sample may be observed using laser scattering. However, since samples such as colloids and slurries generate strong scattered light as reflected light, samples such as colloids and slurries cannot be measured when laser scattering is used.

さらに、上記(7)及び(8)の方法に関しては、回転磁場を生成する磁石が試料を入れた容器の側壁に沿って回転する。このため、容器の側壁の外周部に磁石の回転する領域を確保する必要がある。したがって、容器内の試料温度を制御する温度制御装置や、電場の印加装置などを構成する際に、装置が大型化する。   Furthermore, with respect to the methods (7) and (8) above, the magnet that generates the rotating magnetic field rotates along the side wall of the container in which the sample is placed. For this reason, it is necessary to ensure the area | region where a magnet rotates in the outer peripheral part of the side wall of a container. Therefore, when configuring a temperature control device for controlling the sample temperature in the container, an electric field application device, or the like, the device becomes large.

上述した理由により、上記(1)〜(8)に記載した方法では、液体や他のソフトマテリアル(Soft material、あるいはSoft matter:ソフトマター)の粘性及び弾性といった普遍的な物理量、すなわち力学的な物理量を、少量の試料で簡易に測定を行うことが困難である。また、上記(1)〜(8)に記載した方法では、低粘度の試料について高精度で測定を行うことが困難である。加えて、上記(1)〜(8)に記載した方法では、装置を小型化することに制約がある。   For the reasons described above, in the methods described in the above (1) to (8), universal physical quantities such as viscosity and elasticity of liquids and other soft materials (soft matter), that is, mechanical It is difficult to easily measure a physical quantity with a small amount of sample. Moreover, in the method described in said (1)-(8), it is difficult to measure with high precision about a low-viscosity sample. In addition, in the methods described in the above (1) to (8), there is a limitation in downsizing the apparatus.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定対象の物質である試料の量を従来に比較して少なくすることができ、また装置が従来に比較して小型化でき、かつ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な粘性測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can reduce the amount of a sample, which is a substance to be measured, as compared with the conventional technique, and can reduce the size of the apparatus as compared with the conventional technique. It is an object of the present invention to provide a viscosity measuring apparatus and a measuring method thereof capable of measuring the viscosity of a low-viscosity substance having a viscosity of about 10 cP or less with higher accuracy than before.

本発明の第一の態様によれば、粘性測定装置は、粘性を検出する対象の測定対象物質が入れられた容器と、導電性の材料で形成され、前記測定対象物質中に沈み、かつ前記容器の底部に接触して配置される球状の回転子と、前記回転子に対して磁場を印加する磁石と、前記回転子に対して周回運動をさせる回転磁場制御部と、前記回転子の周回運動の周回数により、前記測定対象物質の粘性を検出する粘性検出部とを有する。前記回転磁場制御部は、前記磁石によって前記回転子に回転磁場を与え、前記回転子に誘導電流を誘起させ、前記誘導電流と前記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、前記回転子に回転トルクを与え、回転磁場の回転に対応させて、前記回転子の周回運動を制御する。   According to the first aspect of the present invention, the viscosity measuring device is formed of a container in which a measurement target substance whose viscosity is to be detected is placed, a conductive material, and sinks in the measurement target substance. A spherical rotor disposed in contact with the bottom of the container; a magnet that applies a magnetic field to the rotor; a rotating magnetic field control unit that orbits the rotor; and the rotation of the rotor A viscosity detector that detects the viscosity of the substance to be measured based on the number of movements. The rotating magnetic field control unit applies a rotating magnetic field to the rotor by the magnet, induces an induced current in the rotor, and performs the rotation by Lorentz interaction between the induced current and a magnetic field applied to the rotor. A rotational torque is applied to the rotor, and the rotating motion of the rotor is controlled in accordance with the rotation of the rotating magnetic field.

本発明の第二の態様によれば、第一の態様に係る粘性測定装置は、前記周回運動が、前記回転子が前記容器の底部を転がる円運動である。   According to the second aspect of the present invention, in the viscosity measuring device according to the first aspect, the orbiting motion is a circular motion in which the rotor rolls on the bottom of the container.

本発明の第三の態様によれば、第二の態様に係る粘性測定装置において、前記容器が、前記測定対象物質が充填される領域の底部に、溝として構成された円形状の周回経路を有し、前記回転子が前記周回経路に沿って円運動を行う。   According to a third aspect of the present invention, in the viscosity measurement device according to the second aspect, the container has a circular circulation path configured as a groove at the bottom of the region filled with the measurement target substance. And the rotor performs a circular motion along the circulation path.

本発明の第四の態様によれば、第三の態様に係る粘性測定装置において、前記周回経路が、前記容器の底部に対して設けられた外側及び内側の側壁で囲まれた溝により構成されている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the viscosity measuring device according to the third aspect, the circulation path is configured by a groove surrounded by outer and inner side walls provided with respect to the bottom of the container. ing.

本発明の第五の態様によれば、第一から第四のいずれかの態様に係る粘性測定装置において、前記回転子が受ける前記周回経路上における磁場の鉛直成分B及び前記周回経路に沿った成分Bθが、ωを前記回転磁場の角速度とし、Bを前記磁石の磁場とし、θを前記周回経路における任意の点の偏角とし、tを時間、nを自然数とした場合、前記磁場は、以下の式で表される磁場である。
=B・cos(ωt−nθ) ・・・(1)
θ=B・sin(ωt−nθ) ・・・(2)
According to the fifth aspect of the present invention, in the viscosity measuring device according to any one of the first to fourth aspects, the vertical component B z of the magnetic field on the circuit path received by the rotor and along the circuit path When the component B θ is the angular velocity of the rotating magnetic field, B 0 is the magnetic field of the magnet, θ is the declination of an arbitrary point in the circuit path, t is time, and n is a natural number, The magnetic field is a magnetic field represented by the following formula.
B z = B 0 · cos (ωt−nθ) (1)
B θ = B 0 · sin (ωt−nθ) (2)

本発明の第六の態様によれば、第三から第五のいずれかの態様に係る粘性測定装置において、前記回転磁場が、前記周回経路のいずれの位置においても、前記回転子に対して同等の磁場を与え、前記周回経路上における前記磁場の進行に伴い、進行する各位置における磁場の方向が、前記周回経路の平面視における円周上の接線を含む鉛直面内で回転する。   According to a sixth aspect of the present invention, in the viscosity measurement device according to any one of the third to fifth aspects, the rotating magnetic field is equivalent to the rotor at any position of the circuit path. As the magnetic field advances on the circuit path, the direction of the magnetic field at each traveling position rotates in a vertical plane including a tangent on the circumference in plan view of the circuit path.

本発明の第七の態様によれば、第三から第六のいずれかの態様に係る粘性測定装置において、前記容器の底部のうち、前記回転子の前記周回する経路が水平面である。   According to a seventh aspect of the present invention, in the viscosity measuring device according to any one of the third to sixth aspects, the path of the rotor that circulates in the bottom of the container is a horizontal plane.

本発明の第八の態様によれば、第一から第七のいずれかの態様に係る粘性測定装置において、前記回転磁場制御部が、前記回転磁場の回転軸に垂直な配置面において、N極とS極とが交互に上面となるように永久磁石が複数配列された磁石固定台を回転させることにより、前記回転子に印加する回転磁場を生成する。   According to an eighth aspect of the present invention, in the viscosity measurement device according to any one of the first to seventh aspects, the rotating magnetic field control unit has N poles on the arrangement surface perpendicular to the rotation axis of the rotating magnetic field. A rotating magnetic field to be applied to the rotor is generated by rotating a magnet fixing base in which a plurality of permanent magnets are arranged so that the upper surface and the south pole are alternately on the upper surface.

本発明の第九の態様によれば、第八の態様に係る粘性測定装置において、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、前記回転子に対して印加する前記回転磁場を生成する。   According to a ninth aspect of the present invention, in the viscosity measuring apparatus according to the eighth aspect, the magnet is composed of a permanent magnet, and the magnet is rotated in parallel with the arrangement surface about the rotation axis. The rotating magnetic field to be applied to the rotor is generated.

本発明の第十の態様によれば、第一から第七のいずれかの態様に係る粘性測定装置は、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、時間毎に極性を変化させ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。   According to a tenth aspect of the present invention, in the viscosity measuring apparatus according to any one of the first to seventh aspects, the magnet is configured by an electromagnet, and the rotating magnetic field control unit is arranged in the electromagnet. The electromagnet is driven so as to change the polarity with time so that the polarity of the rotating magnetic field is different from that of the other adjacent electromagnets, thereby generating the rotating magnetic field.

本発明の第十一の態様によれば、第七又は第八の態様に係る粘性測定装置は、前記磁石が前記容器の上部あるいは下部に、前記測定対象物質の表面に平行に配置されている。   According to the eleventh aspect of the present invention, in the viscosity measuring apparatus according to the seventh or eighth aspect, the magnet is disposed in the upper part or the lower part of the container and in parallel with the surface of the substance to be measured. .

本発明の第十二の態様によれば、第一から第十一のいずれかの態様に係る粘性測定装置は、前記回転子の周回する周回数を測定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回転子の周回数との関係により、前記測定対象物質の粘性を求める。   According to a twelfth aspect of the present invention, the viscosity measuring apparatus according to any one of the first to eleventh aspects further includes a rotation detection unit that measures the number of times the rotor circulates, The viscosity detection unit obtains the viscosity of the measurement target substance based on the relationship between the number of rotations of the rotating magnetic field and the number of rotations of the rotor.

本発明の第十三の態様によれば、第一から第十二の態様に係る粘性測定装置は、粘度が予め分かっている複数の基準物質における前記回転子の周回数、及び前記回転磁場の回転数と、前記基準物質の粘性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測定対象物質における前記回転子の周回数、及び前記回転磁場の回転数を、前記標準データと比較して、前記測定対象物質の粘性を求める。   According to a thirteenth aspect of the present invention, the viscosity measuring apparatus according to the first to twelfth aspects includes the number of rotations of the rotor in a plurality of reference materials whose viscosities are known in advance, and the rotational magnetic field. A standard data storage unit that previously stores, as standard data, a correspondence relationship between the rotation speed and the viscosity of the reference material, and the rotation number of the rotor in the measurement target material measured by the viscosity detection unit, and the rotation The rotational speed of the magnetic field is compared with the standard data to determine the viscosity of the measurement target substance.

本発明の第十四の態様によれば、第十二の態様に係る粘性測定装置において、前記回転検出部が、光学測定により、前記回転子の周回数を検出する。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the viscosity measurement device according to the twelfth aspect, the rotation detection unit detects the number of rotations of the rotor by optical measurement.

本発明の第十五の態様によれば、第十二の態様に係る粘性測定装置は、前記回転検出部が、電気測定により、前記回転子の周回数を検出する。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the viscosity measurement device according to the twelfth aspect, the rotation detection unit detects the number of rotations of the rotor by electrical measurement.

本発明の第十六の態様によれば、第一から第十五のいずれかの態様に係る粘性測定装置は、前記測定対象物質が、液体あるいはソフトマテリアルである。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the viscosity measurement device according to any one of the first to fifteenth aspects, the measurement target substance is a liquid or a soft material.

本発明の第十七の態様によれば、粘性測定方法は、粘性を検出する対象の測定対象物質が入れられた容器において、導電性の材料で形成され、前記測定対象物質中に沈み、かつ前記容器の底部に接触して配置される球状の回転子に対して、磁石により磁場を印加する過程と、当該磁石によって前記回転子に回転磁場を与え、前記回転子に誘導電流を誘起させ、前記誘導電流と前記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、前記回転子に回転トルクを与え、回転磁場の回転に対応させて、前記回転子に対して周回運動をさせる過程と、前記回転子の周回運動の周回数により、前記測定対象物質の粘性を検出する過程とを含む。   According to the seventeenth aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a viscosity, comprising: forming a conductive material in a container containing a target substance to be detected for viscosity; sinking in the target substance; A process of applying a magnetic field by a magnet to a spherical rotor arranged in contact with the bottom of the container, and applying a rotating magnetic field to the rotor by the magnet, inducing an induced current in the rotor, A process of giving a rotational torque to the rotor by Lorentz interaction between the induced current and a magnetic field applied to the rotor, and causing the rotor to make a revolving motion corresponding to the rotation of the rotating magnetic field; And detecting the viscosity of the substance to be measured based on the number of rounds of the round motion of the rotor.

上記の粘性測定装置及びその測定方法によれば、容器に充填された測定対象物質中に回転子を沈め、この回転子に対して回転磁場を与える。この回転磁場により回転子に誘起される電流と、回転磁場とによるローレンツ相互作用により、回転子を測定対象物質中において周回運動させる。この回転子の単位時間当たりの周回回数により測定対象物質の粘性を測定する。そのため、容器内には、回転子が周回する部分にのみ、測定対象物質が充填されていれば良い。このため、従来に比較して粘性の測定に必要な測定対象物質の量を少なくすることができる。   According to the above-described viscosity measuring apparatus and its measuring method, the rotor is submerged in the substance to be measured filled in the container, and a rotating magnetic field is applied to the rotor. Due to the Lorentz interaction between the current induced in the rotor by the rotating magnetic field and the rotating magnetic field, the rotor is caused to make a circular motion in the measurement target substance. The viscosity of the substance to be measured is measured by the number of revolutions per unit time of the rotor. Therefore, it is only necessary that the container is filled with the substance to be measured only in the portion where the rotor circulates. For this reason, compared with the past, the quantity of a measuring object substance required for a viscosity measurement can be decreased.

また、この粘性測定装置及びその測定方法によれば、回転子が容器の底部を転がって周回運動を行うため、機械的損失は、容器の底部に対する回転子の転がり摩擦による軽微な損失に限定される。したがって、機械的損失は、回転子と容器の底部との面接触によるすべり摩擦に比較して十分小さい。このため、上記した粘性/弾性測定装置及び測定方法は、従来に比べ、回転子と容器との接触による回転を抑制する機械的損失を低減させることができ、測定誤差をより小さくすることができる。その結果、上記した粘性/弾性測定装置及び測定方法は、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。   In addition, according to this viscosity measuring apparatus and its measuring method, since the rotor rolls around the bottom of the container and makes a circular motion, the mechanical loss is limited to a slight loss due to the rolling friction of the rotor with respect to the bottom of the container. The Therefore, the mechanical loss is sufficiently small compared to the sliding friction due to the surface contact between the rotor and the bottom of the container. For this reason, the above-described viscosity / elasticity measuring apparatus and measurement method can reduce mechanical loss that suppresses rotation due to contact between the rotor and the container, and can further reduce measurement errors. . As a result, the above-described viscosity / elasticity measuring apparatus and measuring method can measure the viscosity of a low-viscosity material having a viscosity of 10 cP or less with higher accuracy than in the past.

本発明の第1実施形態に係る粘性測定装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the viscosity measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 試料容器2に試料100を入れ、導体球1を試料100中に沈めた状態を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which a sample 100 is placed in a sample container 2 and a conductive ball 1 is submerged in the sample 100. 本実施形態に係る試料容器2の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the sample container 2 which concerns on this embodiment. 図4は、上面から見た磁石固定台7における磁石の配置例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of magnets on the magnet fixing base 7 as viewed from above. 本実施形態における磁石固定台7に配置された第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34と、試料容器2における周回経路23との位置関係を示す平面図である。4 is a plan view showing a positional relationship between a first magnet 31, a second magnet 32, a third magnet 33 and a fourth magnet 34 arranged on the magnet fixing base 7 in the present embodiment, and a circulation path 23 in the sample container 2. FIG. . 複数の異なる粘性を有する標準試料におけるトルクに関係した量と、導体球1の公転角速度Ωとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the quantity related to the torque in the standard sample which has several different viscosity, and the revolution angular velocity (omega | ohm) s of the conductor ball | bowl 1. 粘性の異なる標準試料毎に、粘性(mPa・s)と、傾き「(Ω+(1−R/r)・Ω)/Ω」との対応を示すグラフである。It is a graph which shows a response | compatibility with viscosity (mPa * s) and inclination "((omega) M + (1-R / r) * (omega | ohm) s ) / (ohm) s " for every standard sample from which viscosity differs. 第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の4個の磁石が回転することで生成する回転磁場により、導体球1に対して、回転トルクを与える方法を説明する概念図である。A method for applying rotational torque to the conductor ball 1 by a rotating magnetic field generated by the rotation of four magnets of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 will be described. It is a conceptual diagram. ヨーク10と、このヨーク10から突出したティース10a、10b、10c及び10dとが基準2次元平面上に配置された電磁石を示す図である。It is a figure which shows the electromagnet by which the yoke 10 and the teeth 10a, 10b, 10c, and 10d which protruded from this yoke 10 are arrange | positioned on the reference | standard two-dimensional plane.

<第1の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。図1は、この発明の第一実施形態による粘性測定装置の構成例を示す図である。
本実施形態における粘性測定装置は、導体球1(回転子)、試料容器2、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33、第4磁石34、モーター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。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a viscosity measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The viscosity measuring apparatus according to the present embodiment includes a conductor ball 1 (rotor), a sample container 2, a first magnet 31, a second magnet 32, a third magnet 33, a fourth magnet 34, a motor 4, a rotation detection sensor 5, and a sample. A base 6, a magnet fixing base 7 and a viscosity measuring unit 8 are provided. Hereinafter, the case where the viscosity as a mechanical property of a substance, that is, the viscosity coefficient is measured by a viscosity measuring device will be described.

試料100は、測定対象の物質であり、例えば、液体、スラリー、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、生体分子などの一連の分子性物質群である。なお、コロイドは、例えば、乳液、乳剤、ゾルなどのエマルションである。また、生体分子は、例えば、生体膜、蛋白質、DNAなどである。   The sample 100 is a substance to be measured, and is, for example, a liquid, a slurry, or a soft material. Soft materials are a group of molecular substances such as polymers, liquid crystals, colloids, and biomolecules. The colloid is, for example, an emulsion such as an emulsion, emulsion, or sol. Biomolecules are, for example, biological membranes, proteins, DNA and the like.

試料容器2は、力学的物性として粘性を測定する測定対象物質としての試料を入れる容器である。試料容器2としては、例えば、小型のシャーレなどを用いることができる。   The sample container 2 is a container in which a sample as a measurement target substance for measuring viscosity as a mechanical property is placed. As the sample container 2, for example, a small petri dish or the like can be used.

試料容器2に試料100を入れ、導体球1を試料100中に沈めた状態を示す概念図である。図2(a)は、試料容器2の斜視図である。図2(b)は、試料容器2の上面図である。図2(c)は、試料容器2の図2(b)のA−A線における断面図である。図2(a)、図2(b)及び図2(c)に示すように、試料容器2に上述した測定対象の測定対象物質である試料100を入れる。そして、導電性の球状の回転子である導体球1を試料100中に沈める。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which a sample 100 is placed in a sample container 2 and a conductive ball 1 is submerged in the sample 100. FIG. 2A is a perspective view of the sample container 2. FIG. 2B is a top view of the sample container 2. FIG. 2C is a cross-sectional view of the sample container 2 taken along the line AA in FIG. As shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the sample 100, which is the above-described measurement target substance, is placed in the sample container 2. Then, the conductor sphere 1 that is a conductive spherical rotor is submerged in the sample 100.

図2(a)に示すように、試料容器2は、側壁21(外壁)及び側壁22(内壁)で挟まれた溝状の周回経路23を有している。周回経路23は、導体球1が走行自在な大きさに形成されている。周回経路23は、図2(b)に示すように、平面視において円形状の経路が形成されている。また、周回経路23は、図2(c)に示すように、断面構造が略長方形状の溝として構成されている。また、図2(b)に示すように、周回経路23の幅Lは、試料100に沈める導体球1の直径よりも僅かに大きければ良い。   As shown in FIG. 2A, the sample container 2 has a groove-shaped circulation path 23 sandwiched between a side wall 21 (outer wall) and a side wall 22 (inner wall). The circuit path 23 is formed in a size that allows the conductor ball 1 to travel. As shown in FIG. 2B, the circular path 23 has a circular path in plan view. Moreover, as shown in FIG.2 (c), the circulation path 23 is comprised as a groove | channel with a cross-sectional structure substantially rectangular shape. Further, as shown in FIG. 2B, the width L of the circulation path 23 only needs to be slightly larger than the diameter of the conductor sphere 1 submerged in the sample 100.

また、周回経路23に溜める試料100は、試料容器2に対して所定の量が注入される。試料容器2に注入される試料100の量は、導体球1が完全に試料100中に沈む量であれば良い。本実施形態の場合、この試料100は、試料容器2に試料100が注入された状態における試料100の深さが導体球1の直径より深くなるような量が注入される。また、周回経路23は、底部24が水平面となるように構成されている。周回経路23は、底部24が、試料容器2に充填される試料100の液面に対して水平となるように構成されている。   In addition, a predetermined amount of the sample 100 stored in the circulation path 23 is injected into the sample container 2. The amount of the sample 100 to be injected into the sample container 2 may be an amount that allows the conductor ball 1 to completely sink into the sample 100. In the case of this embodiment, the sample 100 is injected in such an amount that the depth of the sample 100 in the state where the sample 100 is injected into the sample container 2 is deeper than the diameter of the conductor sphere 1. Further, the circulation path 23 is configured such that the bottom 24 is a horizontal plane. The circulation path 23 is configured such that the bottom 24 is horizontal with respect to the liquid level of the sample 100 filled in the sample container 2.

本実施形態において、周回経路23は、図2(b)及び図2(c)に示すように、直径2mmの導体球1に対して、外径r(外壁21の周回経路23側の面における半径)が17mm、内径r(内壁22の周回経路23側の面における半径)が12mm、すなわち幅Lが5mmであり、深さDが3mmである。本実施形態では、周回経路23は、図2(c)に示すように、溝の底部24が平面であり、断面形状を長方形状としたが、断面形状をU字形状に形成しても良い。 In this embodiment, as shown in FIG. 2B and FIG. 2C, the circular path 23 has an outer diameter r 1 (the surface of the outer wall 21 on the side of the circular path 23 with respect to the conductor ball 1 having a diameter of 2 mm. ) Is 17 mm, the inner diameter r 2 (radius on the surface of the inner wall 22 on the circumference path 23 side) is 12 mm, that is, the width L is 5 mm, and the depth D is 3 mm. In the present embodiment, as shown in FIG. 2C, the circuit path 23 has a flat bottom surface 24 and a rectangular cross section, but the cross section may be formed in a U shape. .

次に、図3は、本実施形態に係る試料容器2の他の構成例を示す図である。図3(a)は本実施形態の他の構成例の試料容器2の外形を示す斜視図である。図3(b)は、図3(a)におけるA−A線における断面図である。
図3(b)に示すように、円筒500は、円環状に形成され、中空部を有する管状の部材である。
Next, FIG. 3 is a diagram illustrating another configuration example of the sample container 2 according to the present embodiment. FIG. 3A is a perspective view showing the outer shape of the sample container 2 of another configuration example of the present embodiment. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
As shown in FIG. 3B, the cylinder 500 is a tubular member formed in an annular shape and having a hollow portion.

また、円筒500には、中空部の下部に試料100が収容されている。この試料100に導体球1が走行可能に浸漬されている。すなわち、図3(a)及び図3(b)に示す試料容器2においては、円筒500の内周壁の下部が周回経路23である。このとき、円筒500の内径は、導体球1の外径(直径)より大きい必要がある。   In addition, the sample 500 is accommodated in the cylinder 500 at the lower part of the hollow portion. The conductor ball 1 is immersed in this sample 100 so that it can run. That is, in the sample container 2 shown in FIGS. 3A and 3B, the lower part of the inner peripheral wall of the cylinder 500 is the circulation path 23. At this time, the inner diameter of the cylinder 500 needs to be larger than the outer diameter (diameter) of the conductor sphere 1.

導体球1は、例えば直径が2mmのアルミニウムで構成されている。また、試料100の比重がアルミニウムより大きい液体やソフトマテリアルなどである場合、アルミニウムに代えて、この液体より比重の大きな導体、例えば真鍮などの金属の球を、導体球1の材料として選択する。   The conductor sphere 1 is made of aluminum having a diameter of 2 mm, for example. When the specific gravity of the sample 100 is a liquid or soft material larger than aluminum, a conductor having a specific gravity larger than that of the liquid, such as a metal sphere such as brass, is selected as the material of the conductor sphere 1 instead of aluminum.

磁石固定台7は、回転磁場を発生させる永久磁石を固定する平板上の部材である。磁石固定台7は、試料容器2に入れられている試料100の表面(試料100が液体であれば液面)と平行となるように配置されている。また、磁石固定台7は、水平方向に回転するように設けられている。具体的には、磁石固定台7は、モーター軸4aを介してモーター4に取り付けられている。また、磁石固定台7が回転した際、この磁石固定台7に固定された永久磁石の各々の上面が形成する平面が、試料容器2に充填された試料の上面(液面)と平行、すなわち水平面となるように、磁石固定台7がモーター4に取り付けられている。   The magnet fixing base 7 is a member on a flat plate for fixing a permanent magnet that generates a rotating magnetic field. The magnet fixing base 7 is disposed so as to be parallel to the surface of the sample 100 placed in the sample container 2 (the liquid level if the sample 100 is liquid). Moreover, the magnet fixing base 7 is provided so as to rotate in the horizontal direction. Specifically, the magnet fixing base 7 is attached to the motor 4 via the motor shaft 4a. When the magnet fixing base 7 rotates, the plane formed by the upper surfaces of the permanent magnets fixed to the magnet fixing base 7 is parallel to the upper surface (liquid level) of the sample filled in the sample container 2, that is, A magnet fixing base 7 is attached to the motor 4 so as to be a horizontal plane.

磁石固定台7の上面には、磁石固定台7の周縁に沿って複数個の永久磁石を配置する。永久磁石は、試料固定台7の厚さ方向にN極とS極とが上下に位置するように配置する。また、磁石固定台7を上面側から見たときに、隣り合う永久磁石は、N極とS極とが交互に上面(試料容器2側の面)となるように、交互に複数個配列されている。すなわち、隣り合う永久磁石のN極とS極が交互に上面となるように配置するので、2n個が配列されている。本実施形態においては、例えば、4個の永久磁石、すなわち第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々が磁石固定台7の上面に固定されている。この磁石の数は4個に限らず、2個、6個、8個、2n個など偶数で有れば良く、N極とS極とが上面となる磁石のn組の2n個を、N極とS極とを交互に配列させれば良い。   A plurality of permanent magnets are arranged on the upper surface of the magnet fixing base 7 along the periphery of the magnet fixing base 7. The permanent magnets are arranged so that the N pole and the S pole are vertically positioned in the thickness direction of the sample fixing base 7. Further, when the magnet fixing base 7 is viewed from the upper surface side, a plurality of adjacent permanent magnets are alternately arranged so that the N pole and the S pole are alternately the upper surface (surface on the sample container 2 side). ing. That is, since the N poles and S poles of the adjacent permanent magnets are alternately arranged on the upper surface, 2n pieces are arranged. In the present embodiment, for example, four permanent magnets, that is, each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 are fixed to the upper surface of the magnet fixing base 7. The number of magnets is not limited to four, and may be an even number such as two, six, eight, or 2n, and 2n of n sets of magnets having N and S poles on the upper surface are represented by N The poles and the S poles may be arranged alternately.

図4は、上面から見た磁石固定台7における磁石の配置例を示す図である。
図4(a)に示す例では、第1磁石31は、磁石固定台7の上面にS極が接し、試料容器2側に位置する面がN極となるように配置されている。
第2磁石32は、磁石固定台7の上面にN極が接し、試料容器2側に位置する面がS極となるように配置されている。
第3磁石33は、磁石固定台7の上面にN極が接し、試料容器2側に位置する面がS極となるように配置されている。
第4磁石34は、磁石固定台7の上面にS極が接し、試料容器2側に位置する面がN極となるように配置されている。
FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of magnets on the magnet fixing base 7 as viewed from above.
In the example shown in FIG. 4A, the first magnet 31 is disposed so that the S pole is in contact with the upper surface of the magnet fixing base 7 and the surface located on the sample container 2 side is the N pole.
The second magnet 32 is arranged so that the N pole is in contact with the upper surface of the magnet fixing base 7 and the surface located on the sample container 2 side is the S pole.
The third magnet 33 is arranged so that the N pole is in contact with the upper surface of the magnet fixing base 7 and the surface located on the sample container 2 side is the S pole.
The fourth magnet 34 is arranged so that the S pole is in contact with the upper surface of the magnet fixing base 7 and the surface located on the sample container 2 side is the N pole.

したがって、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々は、互いに異なる極性の極が試料容器2側に位置するように配置されている。
また、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々は、磁石固定台7の回転軸に対して交互に対称に配置されている。
Therefore, each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 is disposed such that poles having different polarities are located on the sample container 2 side.
Further, the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 are alternately arranged symmetrically with respect to the rotation axis of the magnet fixing base 7.

本実施形態においては、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々の表面近傍(試料容器2と対向している面近傍)における磁束密度は、0.3T(テスラ)である。第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々は、縦10mm、横10mm、高さ5mmのサイズの永久磁石を用いている。   In the present embodiment, the magnetic flux density in the vicinity of the surfaces of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 (near the surface facing the sample container 2) is 0.3T. (Tesla). Each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 is a permanent magnet having a size of 10 mm in length, 10 mm in width, and 5 mm in height.

次に、図4(a)は、上面から見た磁石固定台7における第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々の配置関係を示す図である。
図4(a)は本実施形態における平面視での磁石の配置を示している。第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々は、平面視で正方形であり、磁石の上面の磁極がN極とS極とが交互になるように配置されている。
Next, FIG. 4A is a diagram illustrating the arrangement relationship of each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 in the magnet fixing base 7 as viewed from above.
FIG. 4A shows the arrangement of magnets in plan view in the present embodiment. Each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 is square in a plan view, and the magnetic poles on the upper surface of the magnet are arranged so that the north and south poles are alternately arranged. ing.

図4(b)は、図4(a)の変形例における磁石の配置を示している。この変形例では、配置された2つの磁石である第5磁石35、第6磁石36の各々が長方形である場合を示している。この図4(b)の場合においても、磁石固定台7に固定された永久磁石の上面の磁極がN極とS極とが交互になるように、第5磁石35、第6磁石36の各々が配置されている。   FIG. 4B shows the arrangement of magnets in the modification of FIG. In this modification, the case where each of the 5 magnets 35 and the 6th magnets 36 which are two magnets arrange | positioned is a rectangle is shown. Also in the case of FIG. 4B, each of the fifth magnet 35 and the sixth magnet 36 is such that the magnetic poles on the upper surface of the permanent magnet fixed to the magnet fixing base 7 are alternately N and S poles. Is arranged.

また、図示はしないが、複数個(N個、N=2n、nはn≧1の整数)の小型の磁石を試料容器2における周回経路23に対応する位置に、磁石の上面の磁極がN極とS極とが交互になるように配置しても良い。また、磁石固定台7は、試料容器2の上部に配置する構成としても良い。すなわち、試料容器2に充填された試料100の液面の上方において、永久磁石の上面が水平となるように、磁石固定台7を配置する構成としても良い。   Although not shown in the drawing, a plurality of (N, N = 2n, n is an integer of n ≧ 1) small magnets are positioned at positions corresponding to the circulation path 23 in the sample container 2, and the magnetic poles on the upper surface of the magnet are N The poles and the S poles may be arranged alternately. In addition, the magnet fixing base 7 may be arranged on the upper part of the sample container 2. That is, it is good also as a structure which arrange | positions the magnet fixing stand 7 so that the upper surface of a permanent magnet may become horizontal above the liquid level of the sample 100 with which the sample container 2 was filled.

図1に戻り、永久磁石により形成される回転磁場について説明する。N個の永久磁石が、2π/N間隔で配列されたN個の磁石による磁場(回転磁場)については、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々の磁束密度をBとした場合、理想的にはその偏角方向成分Bθ、鉛直方向成分Bは、以下の(1)式及び(2)式で表される。(1)式及び(2)式は、偏角(すなわち周回経路23における任意の地点における角度)θ、時間t、駆動角速度ω(ω=2πf、f:駆動周波数、回転磁場の回転における角速度)を用いて表される。また、nは上述した上面の磁極がN極とS極となる磁石の組の数である。
=B・cos(ωt−nθ) …(1)
θ=B・sin(ωt−nθ) …(2)
Returning to FIG. 1, the rotating magnetic field formed by the permanent magnet will be described. Regarding the magnetic field (rotating magnetic field) by N magnets in which N permanent magnets are arranged at intervals of 2π / N, each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 is used. When the magnetic flux density is B 0 , the declination direction component B θ and the vertical direction component B z are ideally expressed by the following equations (1) and (2). Equations (1) and (2) are declination (that is, an angle at an arbitrary point in the circulation path 23) θ, time t, driving angular velocity ω (ω = 2πf, f: driving frequency, angular velocity in rotation of the rotating magnetic field). It is expressed using N is the number of magnet pairs in which the magnetic poles on the upper surface are the N pole and the S pole.
B z = B 0 · cos (ωt−nθ) (1)
B θ = B 0 · sin (ωt−nθ) (2)

上述した(1)式及び(2)式においては、偏角方向成分Bθ、鉛直方向成分Bの各々が表されると仮定している。すなわち、磁場は、強度が一定であり、移動方向が等速円運動を行うと仮定して、導体球1に回転磁場から印加されるトルクの計算を行っている。この回転磁場は、磁石固定台7をモーター4により回転させた際、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34によって空間に発生する磁束密度により生成される。また、周回経路の中心から見た回転磁場の回転方向は、磁石固定台7上面(磁石の固定されている面)を鉛直上方から見た磁石の回転方向と逆方向、すなわちモーター4の回転方向と逆方向となる。
例えば、磁石固定台7の回転方向が、上記鉛直上方から見て時計回りである場合、回転磁場の回転方向は回転子の周回経路の中心から見て反時計回りである。
また、回転磁場は、周回経路23のいずれの位置においても、導体球1に対してほぼ同じ(同等の)磁場を与える。周回経路23上における回転磁場の進行とともに、進行する磁場の各位置において、周回経路23の平面視における円周上の接線を含む鉛直面内で磁場が回転する。
In the above-described equations (1) and (2), it is assumed that each of the declination direction component B θ and the vertical direction component B z is represented. That is, the magnetic field has a constant strength, and the torque applied to the conductor sphere 1 from the rotating magnetic field is calculated on the assumption that the moving direction performs a uniform circular motion. This rotating magnetic field is generated by the magnetic flux density generated in the space by the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33 and the fourth magnet 34 when the magnet fixing base 7 is rotated by the motor 4. Further, the rotating direction of the rotating magnetic field viewed from the center of the circulation path is opposite to the rotating direction of the magnet when the upper surface of the magnet fixing base 7 (the surface on which the magnet is fixed) is viewed from above, that is, the rotating direction of the motor 4. And in the opposite direction.
For example, when the rotation direction of the magnet fixing base 7 is clockwise when viewed from above vertically, the rotation direction of the rotating magnetic field is counterclockwise when viewed from the center of the rotation path of the rotor.
Further, the rotating magnetic field applies substantially the same (equivalent) magnetic field to the conductor sphere 1 at any position on the circuit path 23. Along with the progress of the rotating magnetic field on the circular path 23, the magnetic field rotates in a vertical plane including a tangent on the circumference in plan view of the circular path 23 at each position of the traveling magnetic field.

ここで、回転磁場の回転方向が等速円運動でなく、例えば楕円運動であったとしても、試料容器2の周回経路23に沿って運動するためのトルクを導体球1に対して印加することができる。
また、詳細は後述するが、この導体球1に働くトルクの大きさあるいは粘性の評価は、粘性が既知の試料による導体球の公転速度の値により校正することで得ることができる。
なお、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の磁石表面から、試料容器2の底部24までの距離を選ぶことにより、周回経路23における導体球1に印加される回転磁場を、上述した(1)式及び(2)式に対して、より近似させることが可能である。
Here, even if the rotating direction of the rotating magnetic field is not a constant velocity circular motion, for example, an elliptical motion, a torque for moving along the circulation path 23 of the sample container 2 is applied to the conductor sphere 1. Can do.
Although details will be described later, the magnitude of the torque acting on the conductor sphere 1 or the evaluation of the viscosity can be obtained by calibrating the revolution speed of the conductor sphere with a sample having a known viscosity.
The distance from the magnet surfaces of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 to the bottom 24 of the sample container 2 is selected to be applied to the conductor sphere 1 in the circulation path 23. It is possible to approximate the rotating magnetic field to be more approximate to the above-described equations (1) and (2).

次に、試料台6は、試料100を入れる試料容器2を固定する平板上の部材である。試料台6は、上面が磁石固定台7の上面と平行となるように配置されている。
これにより、試料容器2の底部24の上面と、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々が回転した際における、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34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31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々の配置から、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34により、導体球1の配置される試料容器2の底部24上面に対して垂直(鉛直)方向の磁場を発生させることができる。また、底部24上面に対して水平方向の磁場を発生させることもできる。
Next, the sample stage 6 is a member on a flat plate for fixing the sample container 2 into which the sample 100 is placed. The sample table 6 is arranged so that the upper surface thereof is parallel to the upper surface of the magnet fixing table 7.
Thereby, when the upper surface of the bottom 24 of the sample container 2 and each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 rotate, the first magnet 31, the second magnet 32, The planes formed by the upper surfaces of the third magnet 33 and the fourth magnet 34 are parallel to each other.
From the arrangement of the sample stage 6, the magnet fixing stage 7, the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 described above, the first magnet 31, the second magnet 32, and the third magnet 33 are arranged. The fourth magnet 34 can generate a magnetic field perpendicular to the top surface of the bottom 24 of the sample container 2 on which the conductor sphere 1 is disposed. Further, a magnetic field in the horizontal direction can be generated with respect to the upper surface of the bottom 24.

モーター4は、磁石固定台7を、磁石固定台7の表面に平行な回転方向で回転させる駆動機構である。モーター4は、モーター軸4aが磁石固定台7の上面に対して軸方向が垂直に固定されている。例えば、モーター4は、本実施形態において、毎分50回転から4000回転までの間で、任意に回転数を設定できる。
また、平面視において、導体球1が試料容器2の底部24における周回経路23を周回するように、モーター軸4aと試料容器2とモーター4との各々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、モーター軸4aとが重なるように、試料容器2とモーター4とが配置されている。
The motor 4 is a drive mechanism that rotates the magnet fixing base 7 in a rotation direction parallel to the surface of the magnet fixing base 7. In the motor 4, the motor shaft 4 a is fixed so that the axial direction is perpendicular to the upper surface of the magnet fixing base 7. For example, in the present embodiment, the motor 4 can arbitrarily set the number of rotations from 50 to 4000 revolutions per minute.
Further, the arrangement of the motor shaft 4 a, the sample container 2, and the motor 4 is set so that the conductor ball 1 circulates around the circulation path 23 in the bottom 24 of the sample container 2 in plan view. That is, the sample container 2 and the motor 4 are arranged so that the center of the sample container 2 and the motor shaft 4a overlap in plan view.

図5は、本実施形態における磁石固定台7、この磁石固定台7に配置された第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34と、試料容器2における周回経路23との位置関係を示す平面図である。図5における白抜きの矢印Wは、基準面における磁場の大きさと方向とからなる磁場ベクトルを表している。   FIG. 5 shows the magnet fixing base 7 in the present embodiment, the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33 and the fourth magnet 34 arranged on the magnet fixing base 7, and the circulation path 23 in the sample container 2. FIG. A white arrow W in FIG. 5 represents a magnetic field vector composed of the magnitude and direction of the magnetic field on the reference plane.

回転検出センサ5は、試料容器2の試料100に沈んでいる導体球1が検出可能な位置に、試料容器2の上部方向に配置される。回転検出センサ5は、導体球1の位置を光学的に検出する。すなわち、回転検出センサ5は、光照射部からレーザ光を出射し、導体球1の上面からの反射光を受光部で入射し、入射光の強度に対応した検出電気信号を出力する。
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、導体球1の周回経路23における移動状態を拡大して撮像した撮像画像を出力し、画像処理から回転数を検出するように構成しても良い。この場合、周回経路23を回る周回数を検出し、周回経路23を1周した場合に周回数を1とする。
さらに、試料容器2の底部24の下部において、平面視で周回経路23と重なる位置に静電容量センサを配置し、この静電容量センサを通過する回数を回転数として求める構成としても良い。
The rotation detection sensor 5 is arranged in the upper direction of the sample container 2 at a position where the conductor sphere 1 sinking in the sample 100 of the sample container 2 can be detected. The rotation detection sensor 5 optically detects the position of the conductor sphere 1. That is, the rotation detection sensor 5 emits laser light from the light irradiating unit, makes reflected light from the upper surface of the conductor sphere 1 enter the light receiving unit, and outputs a detection electric signal corresponding to the intensity of the incident light.
Further, instead of the rotation detection sensor 5, an imaging device in which an imaging device such as a lens and a CCD (Charge Coupled Device) is added to a microscope is provided, and a captured image obtained by enlarging the moving state of the conductor ball 1 in the circuit path 23. , And the rotational speed may be detected from the image processing. In this case, the number of laps around the circuit path 23 is detected, and the number of laps is set to 1 when the circuit circulates the circuit path 23 once.
Furthermore, it is good also as a structure which arrange | positions an electrostatic capacitance sensor in the lower part of the bottom part 24 of the sample container 2 in the position which overlaps with the circulation path | route 23 by planar view, and calculates | requires the frequency | count of passing this electrostatic capacitance sensor as a rotation speed.

ここで、モーター4で磁石固定台7を回転させることにより、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々が回転し、時間毎に変動する磁場として回転磁場が磁石固定台7の上面側の空間に形成される。この回転磁場により、導体球1に対してトルクを与えて、試料容器2における試料100が溜められた周回経路23に沿って、導体球1を転がして等速円運動をさせる。そして、導体球1の試料100内における移動速度から試料の粘性を計測する。
導体球1の試料100内における移動速度から試料の粘性を計測する方法について、以下に説明する。
Here, by rotating the magnet fixing base 7 with the motor 4, each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 rotates, and a rotating magnetic field as a magnetic field that varies with time. Is formed in the space on the upper surface side of the magnet fixing base 7. Torque is applied to the conductor sphere 1 by this rotating magnetic field, and the conductor sphere 1 is rolled along the circular path 23 in which the sample 100 in the sample container 2 is accumulated, and is caused to move at a constant speed. Then, the viscosity of the sample is measured from the moving speed of the conductor sphere 1 in the sample 100.
A method for measuring the viscosity of the sample from the moving speed of the conductive ball 1 in the sample 100 will be described below.

粘性測定部8は、回転検出部81、粘性検出部82、回転磁場制御部83、標準データ記憶部84及び装置制御部85を有している。
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、導体球1の検出を行う。回転検出部81は、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、公転角速度Ωsを求めて出力する。また、回転検出部81は、導体球1の検出において、回転検出センサ5の検出電気信号を用いる代わりに、撮像装置の撮像画像を用いることもできる。撮像装置の撮像画像を用いて導体球1を検出する場合、撮像装置が撮像して出力する撮像画像から、導体球1を画像処理により検出し、単位時間当たりの回転数として公転角速度Ωを求めるようにしても良い。
The viscosity measurement unit 8 includes a rotation detection unit 81, a viscosity detection unit 82, a rotating magnetic field control unit 83, a standard data storage unit 84, and a device control unit 85.
The rotation detection unit 81 detects the conductor sphere 1 based on the detection electric signal supplied from the rotation detection sensor 5. The rotation detection unit 81 obtains and outputs the revolution angular velocity Ω s by using the number of detections per unit time (for example, 1 second) as the number of rotations per unit time (rpm: revolutions per minute). Further, the rotation detection unit 81 can also use a captured image of the imaging device instead of using the electric signal detected by the rotation detection sensor 5 in detecting the conductor sphere 1. When the conductor sphere 1 is detected using the captured image of the imaging device, the conductor sphere 1 is detected by image processing from the captured image that is captured and output by the imaging device, and the revolution angular velocity Ω s is set as the number of rotations per unit time. You may make it ask.

回転磁場制御部83は、設定された回転数でモーター4が回転するように、モーター4に対する回転制御を行う。これにより、モーター軸4aを介して磁石固定台7が所定の回転数で回転し、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々により発生する磁場が回転する。このようにして、導体球1を周回経路23内において等速円運動により回転させる回転磁場を発生させる。   The rotating magnetic field control unit 83 performs rotation control on the motor 4 so that the motor 4 rotates at the set number of rotations. As a result, the magnet fixing base 7 rotates at a predetermined rotational speed via the motor shaft 4a, and the magnetic fields generated by the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 rotate. . In this way, a rotating magnetic field is generated that rotates the conductor sphere 1 in the circular path 23 by a uniform circular motion.

標準データ記憶部84は、モーター4の回転数と、粘度が判っている標準試料に浸漬された導体球1の回転数との比と、粘性(cP)との関係を示す粘性検出テーブルが記憶されている。
この粘性検出テーブルは、以下の様に作成されている。本実施形態の粘性測定装置において、粘度が予め判っている標準試料を試料容器2に充填し、標準試料に導体球1を浸漬させる。予め設定した複数の回転数Ωによりモーター4を回転させた場合に、各モーター4の回転数Ωに対応した導体球1の公転角速度Ωs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公転角速度Ωsの測定を、複数の異なる粘性を有する標準試料に対して行う。標準試料は、予め粘性の判っている試料である。
The standard data storage unit 84 stores a viscosity detection table indicating the relationship between the ratio of the rotation speed of the motor 4 to the rotation speed of the conductor ball 1 immersed in a standard sample whose viscosity is known and the viscosity (cP). Has been.
This viscosity detection table is created as follows. In the viscosity measuring apparatus of this embodiment, a standard sample whose viscosity is known in advance is filled in the sample container 2 and the conductor sphere 1 is immersed in the standard sample. The case of rotating the motor 4 by a plurality of rotational speed Omega M set in advance, the revolution angular velocity Omega s conductor sphere 1 corresponding to the rotational speed Omega M of each motor 4 is measured by the rotation detecting unit 81 described above. The revolution angular velocity Ω s for the standard sample is measured for a standard sample having a plurality of different viscosities. The standard sample is a sample whose viscosity is known in advance.

次に、図6は、複数の異なる粘性を有する標準試料におけるトルクに関係した量と、導体球1の公転角速度Ωとの対応を示すグラフである。
ここで、トルクに関係した量とは、「nΩ+(1−R/r)・Ω」である。回転磁場の角周波数nΩと、導体球1の公転角速度Ωに対して(1−R/r)を乗算した結果を加算して求めている。ここで、Rは、導体球1の公転の円軌道の半径、すなわち円形状の周回経路23の半径である。また、rは導体球1の半径である。ここで、図2(b)に示すように、周回経路23の内径の側壁と外径の側壁との間における中央の位置Qと、周回経路23の中心Pとの距離を半径Rとする。ここでnはすでに述べたとおり磁石のS極およびN極のそれぞれの個数であり、図6の測定に際してはn=1である。
Next, FIG. 6 is a graph showing the correspondence between the amount related to torque in a plurality of standard samples having different viscosities and the revolution angular velocity Ω s of the conductor ball 1.
Here, the quantity related to the torque is “nΩ M + (1−R / r) · Ω s ”. The angular frequency nΩ M of the rotating magnetic field and the revolution angular velocity Ω s of the conductor sphere 1 are obtained by adding the result of (1−R / r). Here, R is the radius of the circular orbit of revolution of the conductor sphere 1, that is, the radius of the circular circulation path 23. R is the radius of the conductor sphere 1. Here, as shown in FIG. 2B, the radius R is the distance between the center position Q between the inner diameter side wall and the outer diameter side wall of the circulation path 23 and the center P of the circulation path 23. Here, n is the number of S poles and N poles of the magnet as already described, and n = 1 in the measurement of FIG.

図6に示すグラフにおいて、使用した標準試料の粘性は、それぞれ異なる。例えば、系列1の試料が1mPa・sであり、系列2の試料が2mPa・sであり、系列3の試料が5mPa・sである。そして、n=1ゆえ、この図6から粘性の異なる標準試料毎のトルクに関係した量「Ω+(1−R/r)・Ω」と、導体球1の公転角速度Ωとの関係、すなわち傾き「(Ω+(1−R/r)・Ω)/Ω」の対応を示す直線を最小二乗法などにより求める。この傾きは、粘性と比例する。 In the graph shown in FIG. 6, the viscosities of the standard samples used are different. For example, the sample of the series 1 is 1 mPa · s, the sample of the series 2 is 2 mPa · s, and the sample of the series 3 is 5 mPa · s. Then, since n = 1, the amount “Ω M + (1−R / r) · Ω s ” related to the torque of each standard sample having different viscosities and the revolution angular velocity Ω s of the conductor sphere 1 are obtained from FIG. A straight line indicating the relationship, that is, the correspondence of the slope “(Ω M + (1−R / r) · Ω s ) / Ω s ” is obtained by the least square method or the like. This slope is proportional to the viscosity.

次に、図7は、粘性の異なる標準試料毎に、粘性(mPa・s)と、傾き「(Ω+(1−R/r)・Ω)/Ω」との対応関係を示すグラフである。
図1に示す標準データ記憶部84には、粘性と、傾き「(Ω+(1−R/r)・Ω)/Ω」との対応を示す粘性検出テーブルが記憶されている。この他、粘性検出テーブルに代えて、粘性と、傾き「(Ω+(1−R/r)・Ω)/Ω」との対応を示す実験式が記憶されていても良い。
Next, FIG. 7 shows the correspondence between the viscosity (mPa · s) and the slope “(Ω M + (1−R / r) · Ω s ) / Ω s ” for each standard sample having different viscosities. It is a graph.
The standard data storage unit 84 illustrated in FIG. 1 stores a viscosity detection table indicating the correspondence between the viscosity and the inclination “(Ω M + (1−R / r) · Ω s ) / Ω s ”. In addition, instead of the viscosity detection table, an empirical formula indicating the correspondence between the viscosity and the inclination “(Ω M + (1−R / r) · Ω s ) / Ω s ” may be stored.

粘性検出部82は、回転磁場制御部83に対して、異なる複数の角周波数Ωでモーター4を回転させる制御を行う。粘性検出部82は、回転数を変更する毎に制御信号を回転検出部81へ出力する。
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、角周波数Ωにおいて試料容器2に入れた試料100内に沈んでいる導体球1の周回経路23における公転角速度Ω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、検出した公転角速度Ωを、制御信号に対応して粘性検出部82へ出力する。
Viscosity detector 82, to the rotating magnetic field control unit 83 performs control for rotating the motor 4 in a plurality of different angular frequencies Omega M. The viscosity detector 82 outputs a control signal to the rotation detector 81 every time the rotation speed is changed.
Each time the control signal is supplied from the viscosity detector 82, the rotation detector 81 receives the revolution angular velocity Ω s in the circulation path 23 of the conductor ball 1 submerged in the sample 100 placed in the sample container 2 at the angular frequency Ω M. Is input from the rotation detection sensor 5.
Then, the rotation detector 81 outputs the detected revolution angular velocity Ω s to the viscosity detector 82 corresponding to the control signal.

粘性検出部82は、上述した標準試料の場合と同様に、試料100に対して、導体球1の公転角速度Ωと「Ω+(1−R/r)・Ω」との傾きとして、傾き「(Ω+(1−R/r)・Ω)/Ω」を算出する。
そして、粘性検出部82は、標準データ記憶部84に予め書き込まれて記憶されている粘性検出テーブルから、試料100の「(Ω+(1−R/r)・Ω)/Ω」に対応する粘性η(mPa・s)を読み出し、これを試料100の粘性ηとして出力する。
また、標準データ記憶部84に実験式が予め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「(Ω+(1−R/r)・Ω)/Ω」を代入し、粘性を算出して求める。
As in the case of the standard sample described above, the viscosity detection unit 82 determines the inclination of the revolution angular velocity Ω s of the conductor sphere 1 and “Ω M + (1−R / r) · Ω s ” with respect to the sample 100. The slope “(Ω M + (1−R / r) · Ω s ) / Ω s ” is calculated.
Then, the viscosity detection unit 82 reads “(Ω M + (1−R / r) · Ω s ) / Ω s ” of the sample 100 from the viscosity detection table written and stored in advance in the standard data storage unit 84. The viscosity η (mPa · s) corresponding to is read, and this is output as the viscosity η of the sample 100.
When the empirical formula is stored in advance in the standard data storage unit 84, the viscosity detection unit 82 reads out the empirical formula from the standard data storage unit 84, and the gradient “(Ω M + (1− R / r) · Ω s ) / Ω s ”is substituted and the viscosity is calculated.

次に、導体球1に対して回転トルクを与え、導体球1を周回経路23に沿って転がして周回運動をさせる方法について、図8を用いて説明する。図8は、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の4個の磁石が回転することで生成する回転磁場により、導体球1に対して回転トルクを与える方法を説明する概念図である。   Next, a method of applying a rotational torque to the conductor sphere 1 and rolling the conductor sphere 1 along the circulation path 23 to make a circular motion will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a method of applying a rotational torque to the conductor sphere 1 by a rotating magnetic field generated by the rotation of four magnets of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33 and the fourth magnet 34. FIG.

第1磁石31のN極と、第2磁石32のS極と、第3磁石33のS極と、第4磁石34のN極とが、図5に示すように、周回経路23に対して磁石固定台7に配置されている場合、ある基準面に対して垂直な磁場が発生する。ここでは、試料容器2に入れた回転子の中心を通り、試料100の上面、試料100が液体の場合、液面に平行な面を基準面とする。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、試料100中において周回経路23を周回運動する導体球1の回転軸をz軸とする。   As shown in FIG. 5, the N pole of the first magnet 31, the S pole of the second magnet 32, the S pole of the third magnet 33, and the N pole of the fourth magnet 34 are in relation to the circuit path 23. When arranged on the magnet fixing base 7, a magnetic field perpendicular to a certain reference plane is generated. Here, the upper surface of the sample 100 passing through the center of the rotor placed in the sample container 2 and the surface parallel to the liquid surface when the sample 100 is liquid are used as the reference surface. This reference plane is a reference two-dimensional plane (the liquid level of the sample 100) composed of the x-axis and the y-axis, and the rotation axis of the conductor sphere 1 that moves around the circuit path 23 in the sample 100 is the z-axis.

図8においては、図5に示す周回経路23の中心、すなわち導体球1の回転中心から、周回経路23の外側方向に対して、周回経路23上の磁石の発生する磁場を示してある。ここで、偏角θは、周回経路23上における1点を取り、この1点とz軸を回転軸として、x軸及びy軸からなる2次元座標系におけるx軸から、反時計回り方向への導体球1の回転角度を示している。したがって、偏角θは、0から増加して2π[ラジアン]となり、この2πで周回経路23を一周する。   FIG. 8 shows the magnetic field generated by the magnet on the circulation path 23 from the center of the circulation path 23 shown in FIG. Here, the declination angle θ takes one point on the circuit path 23, and this one point and the z axis are the rotation axes, and the x axis in the two-dimensional coordinate system composed of the x axis and the y axis is counterclockwise. The rotation angle of the conductor sphere 1 is shown. Therefore, the declination θ increases from 0 to 2π [radian], and goes around the circulation path 23 by 2π.

すなわち、図5における周回経路23に沿って、導体球1が反時計回り方向へ周回した場合、第1磁石31、第2磁石32、第4磁石34、第3磁石33の順に通過する。このとき、偏角θが0からπ/2までが第1磁石31の配置領域となる。偏角θがπ/2からπまでが第2磁石32の配置領域となる。偏角θがπから3π/2までが第4磁石34の配置領域となる。偏角θが3π/2から2πまでが第3磁石33の配置領域となる。   That is, when the conductive ball 1 circulates in the counterclockwise direction along the circulation path 23 in FIG. 5, it passes through the first magnet 31, the second magnet 32, the fourth magnet 34, and the third magnet 33 in this order. At this time, the area where the first magnet 31 is disposed is the deflection angle θ from 0 to π / 2. A region where the second magnet 32 is disposed is the deflection angle θ from π / 2 to π. An area where the fourth magnet 34 is arranged is that the deflection angle θ is from π to 3π / 2. A region where the third magnet 33 is disposed is when the deflection angle θ ranges from 3π / 2 to 2π.

この図8において、z軸は、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々の表面からなる平面(x軸及びy軸からなる2次元平面)の鉛直方向に平行な座標軸である。図8における白抜きの矢印Wは、基準面における磁場の大きさと方向とからなる磁場ベクトルを表している。
ここで、モーター4により磁石固定台7を時計回り方向(図5における矢印A方向)に回転させると、第1磁石31、第2磁石32、第4磁石34及び第3磁石33の各々も、時計回り方向に回転する。図8においては、第1磁石31、第2磁石32、第4磁石34及び第3磁石33の各々は、θが0から2πに向かって、すなわち図の右方向に向かって移動する。
In FIG. 8, the z-axis is a vertical direction of a plane formed by the surfaces of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34 (a two-dimensional plane formed of the x-axis and the y-axis). Is a coordinate axis parallel to. A white arrow W in FIG. 8 represents a magnetic field vector composed of the magnitude and direction of the magnetic field on the reference plane.
Here, when the magnet fixing base 7 is rotated clockwise (in the direction of arrow A in FIG. 5) by the motor 4, each of the first magnet 31, the second magnet 32, the fourth magnet 34, and the third magnet 33 is also Rotate clockwise. In FIG. 8, each of the first magnet 31, the second magnet 32, the fourth magnet 34, and the third magnet 33 moves from 0 toward 2π, that is, toward the right in the figure.

このとき、周回経路23における任意の点における磁場、すなわち、導体球1に印加される磁場は、反時計回りの方向を回転方向とする回転磁場となる。
この結果、導体球1には、回転磁場による磁場の変動により、表面に誘導電流が誘起される。このため、導体球1には、表面に発生した誘導電流と、回転磁場とのローレンツ相互作用により、トルクが発生する。このローレンツ相互作用によるトルクが回転磁場と同一方向に対して発生するため、導体球1は、回転磁場の回転方向に追随して反時計回りに回転する。すなわち、導体球1は、第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の各々の回転方向である時計回りと逆方向に、周回経路23を周回する。
At this time, the magnetic field at an arbitrary point in the circulation path 23, that is, the magnetic field applied to the conductor sphere 1 becomes a rotating magnetic field with the counterclockwise direction as the rotation direction.
As a result, an induced current is induced on the surface of the conductor sphere 1 due to the fluctuation of the magnetic field due to the rotating magnetic field. For this reason, torque is generated in the conductor sphere 1 due to Lorentz interaction between the induced current generated on the surface and the rotating magnetic field. Since torque due to this Lorentz interaction is generated in the same direction as the rotating magnetic field, the conductor sphere 1 rotates counterclockwise following the rotating direction of the rotating magnetic field. That is, the conductor ball 1 circulates in the circulation path 23 in the direction opposite to the clockwise direction that is the rotation direction of each of the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33, and the fourth magnet 34.

このローレンツ相互作用によるトルクの大きさTは、以下の(3)式により表すことができる。
T=(2π/15)・n・σ・r・B・Ω …(3)
この(3)式において、導体球1の半径をrとし、回転磁場の大きさ(磁束密度)をBとし、回転磁場の回転の角周波数をn・Ωとし、導体球1を構成する材料の電気伝導率をσとする。
The magnitude T of torque due to this Lorentz interaction can be expressed by the following equation (3).
T = (2π / 15) · n · σ · r 5 · B 2 · Ω M (3)
In this equation (3), the radius of the conductor sphere 1 is r, the magnitude of the rotating magnetic field (magnetic flux density) is B, the angular frequency of rotation of the rotating magnetic field is n · Ω M, and the material constituting the conductor sphere 1 Let σ be the electrical conductivity of.

上述したように、図5において、第1磁石31、第2磁石32、第4磁石34及び第3磁石33の各々が時計回り(矢印A方向)に回転する場合、導体球1には、周回経路23に沿って反時計回りに回転するトルクが印加される。
このとき、導体球1は、周回経路23を周回する際、この周回経路23の底部において試料容器2と接触している。このため、導体球1は、上記トルクにより反時計回りに回転(自転)しながら周回経路23を周回する。
試料容器2には、容器の中央を中心とした円軌道である周回経路23が溝として形成されている。このため、磁石固定台7の回転中心を中心として導体球1が周回する際、印加されるトルクによって周回経路23を転がりながら移動する円運動を行う。
As described above, in FIG. 5, when each of the first magnet 31, the second magnet 32, the fourth magnet 34, and the third magnet 33 rotates clockwise (in the direction of the arrow A), A torque that rotates counterclockwise along the path 23 is applied.
At this time, the conductor ball 1 is in contact with the sample container 2 at the bottom of the circulation path 23 when it circulates around the circulation path 23. For this reason, the conductor ball 1 circulates around the circulation path 23 while rotating (spinning) counterclockwise by the torque.
In the sample container 2, a circular path 23, which is a circular orbit centering on the center of the container, is formed as a groove. For this reason, when the conductor ball 1 circulates around the rotation center of the magnet fixing base 7, a circular motion that moves while rolling on the circulation path 23 by the applied torque is performed.

ここで、導体球1が周回経路23を周回している際、この導体球1に印加されるトルクを考える。例えば、導体球1が固定されている場合、回転磁場の回転の角速度Ωに比例して、上記(3)式に示すトルクが導体球1に対して印加される。
そして、導体球1は、回転磁場によって印加されるトルクにより、周回経路23に沿って周回する公転運動を開始し、印加されるトルクに対して定常状態に達する。この定常状態における導体球1の周回における回転運動の角速度をΩとする。このとき、導体球1の中心部において感じる回転磁場の回転角速度は、nΩ+Ωとなる。すなわち、図4(a)、あるいは図8に示す通りN極、S極の数がそれぞれ2であり、よってn=2である場合には、導体球1の中心部において感じる回転磁場の回転角速度は、2Ω+Ωである。また図4(b)に示されるようにN極、S極の数がそれぞれ1であり、よってn=1である場合には、導体球1の中心部において感じる回転磁場の回転角速度は、Ω+Ωである。
Here, the torque applied to the conductor sphere 1 when the conductor sphere 1 circulates around the circulation path 23 will be considered. For example, if the conductor ball 1 is fixed, in proportion to the angular velocity Omega M of rotation of the rotating magnetic field, torque shown in the above (3) is applied to the conductor sphere 1.
Then, the conductive ball 1 starts a revolving motion that revolves along the revolving path 23 by the torque applied by the rotating magnetic field, and reaches a steady state with respect to the applied torque. The angular velocity of the rotational motion around the conductor sphere 1 in this steady state is defined as Ω s . At this time, the rotational angular velocity of the rotating magnetic field felt at the center of the conductor sphere 1 is nΩ M + Ω s . That is, as shown in FIG. 4A or FIG. 8, when the number of N poles and S poles is 2, and n = 2, the rotational angular velocity of the rotating magnetic field felt at the center of the conductor sphere 1 Is 2Ω M + Ω s . Also, as shown in FIG. 4B, when the number of N poles and S poles is 1, and n = 1, the rotational angular velocity of the rotating magnetic field felt at the center of the conductor sphere 1 is Ω M + Ω s .

一方、導体球1は、周回経路23に沿って周回する際、回転磁場の回転によって自転しているとみなすことができる。
この自転の角速度である自転角速度Ωは、導体球1の半径をrとし、公転の円軌道(周回経路23)の半径をRとすると、以下の(4)式として表せる。
Ω=(R/r)・Ω …(4)
On the other hand, when the conductor sphere 1 circulates along the circulation path 23, it can be considered that the conductor sphere 1 is rotated by the rotation of the rotating magnetic field.
The rotation angular velocity Ω R that is the rotation angular velocity can be expressed by the following equation (4), where r is the radius of the conductor sphere 1 and R is the radius of the revolution circular orbit (circular path 23).
Ω R = (R / r) · Ω s (4)

また、導体球1が印加されるトルクに対して定常状態となった場合、この導体球1に印加されるトルクに比例する角速度Ωstは、以下の(5)式により表すことができる。
Ωst=nΩ+Ω−(R/r)・Ω=nΩ+(1−(R/r))・Ω …(5)
When the conductor sphere 1 is in a steady state with respect to the applied torque, the angular velocity Ω st proportional to the torque applied to the conductor sphere 1 can be expressed by the following equation (5).
Ω st = nΩ M + Ω s − (R / r) · Ω s = nΩ M + (1− (R / r)) · Ω s (5)

次に、導体球1の周回運動における角速度から粘性を求める方法について説明する。
導体球1が粘性流体である試料100中に存在する場合、この試料100中における移動速度は、一定値で印加されるトルクにおいて、試料100の粘性に反比例する。
すなわち、定常状態における導体球1の角速度Ωstと粘性との関係は、以下の(6)式により表せる。
Ωst=nΩ+(1−(R/r))・Ω=A・η・Ω …(6)
この(6)式においては、粘性をηとし、定数をAとしている。
したがって、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においては、「(nΩ+(1−(R/r))・Ω)/Ω」と粘性η(mPa・s)との対応を求めることができる。
Next, a method for obtaining the viscosity from the angular velocity in the circular motion of the conductor sphere 1 will be described.
When the conductor sphere 1 is present in the sample 100 that is a viscous fluid, the moving speed in the sample 100 is inversely proportional to the viscosity of the sample 100 at a constant applied torque.
That is, the relationship between the angular velocity Ωst and the viscosity of the conductor sphere 1 in the steady state can be expressed by the following equation (6).
Ω st = nΩ M + (1- (R / r)) · Ω s = A · η · Ω s (6)
In this equation (6), the viscosity is η and the constant is A.
Therefore, in the viscosity detection table stored in the standard data storage unit 84, “(nΩ M + (1− (R / r)) · Ω s ) / Ω s ” and viscosity η (mPa · s) Response can be sought.

すでに述べたように、回転磁場は、基準2次元平面に対して垂直な面内にあり、z軸に依存しないと仮定している。しかし、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面内で回転する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、導体球1に対して回転トルクを与えることに支障とならない。   As already mentioned, it is assumed that the rotating magnetic field is in a plane perpendicular to the reference two-dimensional plane and does not depend on the z-axis. However, there is no problem in the following explanation even if it depends on the z-axis. In addition, if there is a magnetic field component that rotates in a plane perpendicular to the reference two-dimensional plane, it rotates relative to the conductor sphere 1 even if there are other magnetic field components that are not perpendicular to the reference two-dimensional plane. Does not hinder the application of torque.

また、図9は、電磁石を示す図である。図9に示す電磁石は、ヨーク10と、このヨーク10から突出したティース10a、10b、10c、10dとが基準2次元平面上に配置されて構成されている。ティース10aと10cとには各々異なる巻方向に巻線CL1が巻かれている。同様に、ティース10bと10dとには各々異なる巻方向に巻線CL2が巻かれている。
図1におけるモーター4で磁石固定台7を回転させ、永久磁石である第1磁石31、第2磁石32、第3磁石33及び第4磁石34の放射する磁場から回転磁場を生成する替わりに、上述した図9の電磁石の構成を用いて回転磁場を生成しても良い。
FIG. 9 is a diagram showing an electromagnet. The electromagnet shown in FIG. 9 is configured by arranging a yoke 10 and teeth 10a, 10b, 10c, and 10d protruding from the yoke 10 on a reference two-dimensional plane. A winding CL1 is wound around each of the teeth 10a and 10c in different winding directions. Similarly, the windings CL2 are wound around the teeth 10b and 10d in different winding directions.
Instead of generating a rotating magnetic field from the magnetic fields radiated by the first magnet 31, the second magnet 32, the third magnet 33 and the fourth magnet 34, which are permanent magnets, by rotating the magnet fixing base 7 with the motor 4 in FIG. You may generate | occur | produce a rotating magnetic field using the structure of the electromagnet of FIG. 9 mentioned above.

すなわち、巻線CL1及び巻線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させる。そして、巻線CL1及び巻線CL2に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。すなわち、円周上に配列された各電磁石が隣接する他の電磁石と異なる極性となるように、それぞれの電磁石を駆動する。この電磁石を駆動させる際、時間毎に各電磁石の極性を変化させることで、回転磁場を生成するように構成しても良い。
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。
この回転磁場により、すでに磁石を用いた場合と同様に、導体球1を周回経路23に沿って周回する円運動を、試料100内で行わせて、試料100の粘性を求める。
That is, a current is passed through the windings CL1 and CL2 to generate a magnetic field perpendicular to the reference two-dimensional plane. Then, the direction of the current flowing through the windings CL1 and CL2 may be periodically changed to rotate the magnetic field perpendicular to the reference two-dimensional plane to form a rotating magnetic field. That is, each electromagnet is driven so that each electromagnet arranged on the circumference has a different polarity from other adjacent electromagnets. When the electromagnet is driven, the rotating magnetic field may be generated by changing the polarity of each electromagnet every time.
In this case, the rotating magnetic field control unit 83 applies a current to the windings CL1 and CL2 in the electromagnet of FIG. 9, and periodically changes the direction of the flowing current to generate a rotating magnetic field.
With this rotating magnetic field, as in the case where a magnet is already used, a circular motion that circulates the conductor sphere 1 along the circulation path 23 is performed in the sample 100 to determine the viscosity of the sample 100.

また、導体球1の回転数(回転角速度)の観察は、すでに述べたように、光学センサあるいはCCD等の撮像素子を用い、周回経路23における導体球1の周回を検出することで行っている。
しかし、導体球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、導体球1の一部を誘電体で置き換え、電極間に導体球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配置し、コンデンサを構成しても良い。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、導体球1の周回における回転数を検出し、回転角速度を求めるように構成しても良い。上述したように、回転検出部81は、電気測定による回転角速度を求めるようにしても良い。
In addition, as described above, the number of rotations (rotational angular velocity) of the conductor sphere 1 is observed by detecting the circulation of the conductor sphere 1 in the circulation path 23 using an image sensor such as an optical sensor or a CCD. .
However, the upper surface of the conductor sphere 1 may be configured to irradiate a laser and optically measure the reflection and interference pattern changes due to rotation.
Further, a part of the conductor sphere 1 is replaced with a dielectric, and the electrode in which the conductor sphere 1 is sandwiched between the electrodes is arranged at a position that does not interfere with the rotation of the magnet fixing base 7 as shown in FIG. Also good. Then, when the dielectric as a mark passes between the electrodes, the rotation detection unit 81 detects a change in the capacitance of the capacitor formed by the electrodes, and detects the number of changes in the capacitance during a predetermined period (for example, 1 second). Then, the rotational speed of the conductive ball 1 may be detected and the rotational angular velocity may be obtained. As described above, the rotation detection unit 81 may obtain the rotation angular velocity by electrical measurement.

また、回転磁場制御部83は、導体球1に対し、印加する回転磁場の回転周期、および回転方向を任意に変化させるようにしても良い。
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、導体球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。
Further, the rotating magnetic field control unit 83 may arbitrarily change the rotation period and the rotating direction of the rotating magnetic field to be applied to the conductor sphere 1.
For example, by periodically sweeping the rotation direction and the rotation speed of the rotating magnetic field, a periodically changing rotational torque can be applied to the conductor sphere 1.

次に、図1に示す粘性測定装置(力学物性測定装置)における具体的な応用例について説明する。
本実施形態における粘性測定装置により、この予め粘性の判っている標準試料としては、1mPa・s、2mPa・s、5mPa・sの3種類の標準粘度液を用いた。
そして、回転磁場の角速度Ωを変化させつつ、導体球1の公転における角速度Ωを測定した結果を図6に示す。この測定においては、磁石のN極およびS極の数はそれぞれ1であって、すなわち図4(b)の構成であり、n=1である。この図6は、すでに述べたように、トルクに比例する量「Ω+(1−(R/r))・Ω」を縦軸、導体球1の回転速度に比例する量「角速度Ω」を横軸として、標準試料の測定した結果をプロットしたグラフである。また、すでに説明したように、この傾き「(Ω+(1−(R/r))・Ω)/Ω」は、粘性ηに比例する量である。
Next, a specific application example in the viscosity measuring apparatus (mechanical property measuring apparatus) shown in FIG. 1 will be described.
Three standard viscosity liquids of 1 mPa · s, 2 mPa · s, and 5 mPa · s were used as the standard samples whose viscosity was known in advance by the viscosity measuring apparatus according to the present embodiment.
And the result of having measured the angular velocity (omega | ohm) s in the revolution of the conductor sphere 1 is shown in FIG. 6, changing the angular velocity (omega) M of a rotating magnetic field. In this measurement, the number of N poles and S poles of the magnet is 1 respectively, that is, the configuration of FIG. 4B, and n = 1. As described above, FIG. 6 shows the amount “Ω M + (1− (R / r)) · Ω s ” proportional to the torque as the vertical axis and the amount “angular velocity Ω proportional to the rotational speed of the conductor sphere 1. It is the graph which plotted the measurement result of the standard sample on the horizontal axis of “ s ”. Further, as already described, this slope “(Ω M + (1− (R / r)) · Ω s ) / Ω s ” is an amount proportional to the viscosity η.

この傾き「(Ω+(1−(R/r))・Ω)/Ω」と粘性ηとの比例関係において、ナビエストークス方程式における非線形項の影響により、レイノルズ数が大きくなるほど、すなわち、角速度Ωが大きくなるほど、直線からのずれが大きくなる。
したがって、レイノルズ数が大きい低粘性の試料においては、「(Ω+(1−(R/r))・Ω)/Ω」と粘性ηとの比例関係が、線形な関数の近似からずれる。
In the proportional relationship between the slope “(Ω M + (1− (R / r)) · Ω s ) / Ω s ” and the viscosity η, the Reynolds number increases as a result of the influence of the nonlinear term in the Navier-Stokes equation, that is, As the angular velocity Ω s increases, the deviation from the straight line increases.
Therefore, in a low-viscosity sample with a large Reynolds number, the proportional relationship between “(Ω M + (1− (R / r)) · Ω s ) / Ω s ” and viscosity η is based on an approximation of a linear function. Shift.

このため、本実施形態では、図6に示す「(Ω+(1−(R/r))・Ω)/Ω」と粘性ηとの関係において、x=Ωとし、y=Ω+(1−(R/r))・Ωとして得られたデータを、以下に示す(7)式により近似させた。
y=a・x+b・x …(7)
この(7)式において、a及びbは、図6に示すそれぞれの近似式である多項式における、xとxとの係数である。
For this reason, in this embodiment, in the relationship between “(Ω M + (1− (R / r)) · Ω s ) / Ω s ” and viscosity η shown in FIG. 6, x = Ω s and y = Data obtained as Ω M + (1− (R / r)) · Ω s was approximated by the following equation (7).
y = a · x + b · x 2 (7)
In the equation (7), a and b are coefficients of x and x 2 in polynomials that are approximate equations shown in FIG.

そして、(7)式を微分し、以下の(8)式を求める。
y’=a+2b・x …(8)
この(8)式において、b=0、すなわち角速度Ω=0における係数aと、粘性とを対応させてプロットして、図7に示すグラフを作成した。すなわち、多項式における1次の項の係数を多項式の傾きとして近似させている。
この図7から、10mPa・s以下(図においては6mPa・s以下)の低粘性の領域においても、「(Ω+(1−(R/r))・Ω)/Ω」と粘性ηとの関係を示す関数が直線の線形関数となり、かつこの直線が原点を通り、十分な分解能を有する粘性の測定が実現されていることが解る。
Then, the equation (7) is differentiated to obtain the following equation (8).
y ′ = a + 2b · x (8)
In this equation (8), the coefficient a at b = 0, that is, the angular velocity Ω s = 0, and the viscosity are plotted in correspondence with each other, and the graph shown in FIG. 7 is created. That is, the coefficient of the first-order term in the polynomial is approximated as the slope of the polynomial.
From FIG. 7, even in a low-viscosity region of 10 mPa · s or less (6 mPa · s or less in the figure), the viscosity is “(Ω M + (1− (R / r)) · Ω s ) / Ω s ”. It can be seen that the function indicating the relationship with η is a linear function of a straight line, and the straight line passes through the origin, and viscosity measurement having sufficient resolution is realized.

したがって、試料100の粘性を測定する場合にも、粘性検出部82は、回転磁場制御部83を介して角速度Ωsを、標準試料を測定する際と同様に変化させ、図6のように「(Ω+(1−(R/r))・Ω」と「Ω」とを予め決められた角速度Ω毎に測定する。 Therefore, also when measuring the viscosity of the sample 100, the viscosity detecting unit 82 changes the angular velocity Ω s through the rotating magnetic field control unit 83 in the same manner as when measuring the standard sample, and as shown in FIG. (Ω M + (1− (R / r)) · Ω s ”and“ Ω s ”are measured for each predetermined angular velocity Ω s .

次に、粘性検出部82は、この角速度Ω毎に測定した「(Ω+(1−(R/r))・Ω」と「Ω」とに対応する多項式を求める。
そして、粘性検出部82は、求めた多項式の一次の項の係数aを求める。この係数aに対応する粘性ηを、標準データ記憶部83に記憶されている粘性検出テーブルから読み出し、試料100の粘性ηの測定値として出力する。
Next, the viscosity detector 82 obtains a polynomial corresponding to “(Ω M + (1− (R / r)) · Ω s ” and “Ω” measured for each angular velocity Ω s .
Then, the viscosity detector 82 obtains the coefficient a of the first-order term of the obtained polynomial. The viscosity η corresponding to the coefficient a is read from the viscosity detection table stored in the standard data storage unit 83 and output as a measured value of the viscosity η of the sample 100.

また、図1における粘性測定部8の機能を実現するためのプログラムをコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより粘性測定の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含む。   In addition, a program for realizing the function of the viscosity measuring unit 8 in FIG. 1 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into the computer system and executed to execute the viscosity. Measurement processing may be performed. Here, the “computer system” includes hardware such as an OS (Operating System) and peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWW(World Wide Web)システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含む。
また、「コンピュータが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「コンピュータが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、動的にプログラムを保持する記憶媒体を含む。また、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記憶媒体も含む。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プログラムであっても良い。また、上記プログラムは、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プログラムであっても良い。
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW (World Wide Web) system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a hard disk built in the computer system. Further, the “computer-readable recording medium” is a memory that dynamically holds a program for a short time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Includes media. Further, a storage medium that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client in that case, is also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above. Further, the program may be a program that can realize the above-described functions in combination with a program already recorded in the computer system.

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to the said embodiment, The design etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

上記によれば、測定対象の物質である試料の量が従来に比較して少なく、また装置が従来に比較して小型化でき、かつ、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な粘性測定装置及びその方法を提供することが可能となる。   According to the above, the amount of the sample which is the substance to be measured is smaller than the conventional one, the apparatus can be downsized compared to the conventional one, and the viscosity of the low viscosity substance of about 10 cP or less is compared with the conventional one. Thus, it is possible to provide a viscosity measuring apparatus and method capable of measuring with high accuracy.

1…導体球
2…試料容器
31…第1磁石
32…第2磁石
33…第3磁石
34…第4磁石
35…第5磁石
36…第6磁石
4…モーター
4a…モーター軸
5…回転検出センサ
6…試料台
7…磁石固定台
8…粘性測定部
21,22…側壁
23…周回経路
24…底部
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
85…装置制御部
100…試料
500…円筒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Conductive ball 2 ... Sample container 31 ... 1st magnet 32 ... 2nd magnet 33 ... 3rd magnet 34 ... 4th magnet 35 ... 5th magnet 36 ... 6th magnet 4 ... Motor 4a ... Motor shaft 5 ... Rotation detection sensor 6 ... Sample stand 7 ... Magnet fixing stand 8 ... Viscosity measuring unit 21, 22 ... Side wall 23 ... Circuit path 24 ... Bottom part 81 ... Rotation detecting unit 82 ... Viscosity detecting unit 83 ... Rotating magnetic field control unit 84 ... Standard data storage unit 85 ... Device control unit 100 ... Sample 500 ... Cylinder

Claims (17)

粘性を検出する対象の測定対象物質が入れられた容器と、
導電性の材料で形成され、前記測定対象物質中に沈降させ、かつ前記容器の底部に接触して配置される球状の回転子と、
前記回転子に対して磁場を印加する磁石と、
前記磁石によって前記回転子に回転磁場を与え、前記回転子に誘導電流を誘起させ、前記誘導電流と前記回転子に印加される前記磁場とのローレンツ相互作用により前記回転子に回転トルクを与え、前記回転磁場の回転に対応させることにより前記回転子に対して周回運動をさせるように前記磁場を制御する回転磁場制御部と、
前記回転子の周回運動の周回数により前記測定対象物質の粘性を検出する粘性検出部と
を有する粘性測定装置。
A container containing a substance to be measured whose viscosity is to be detected;
A spherical rotor formed of a conductive material, settling in the substance to be measured and arranged in contact with the bottom of the container;
A magnet for applying a magnetic field to the rotor;
Applying a rotating magnetic field to the rotor by the magnet, inducing an induced current in the rotor, and applying a rotational torque to the rotor by Lorentz interaction between the induced current and the magnetic field applied to the rotor; A rotating magnetic field control unit for controlling the magnetic field so as to cause the rotor to make a circular motion by corresponding to the rotation of the rotating magnetic field;
A viscosity measuring device comprising: a viscosity detector that detects the viscosity of the substance to be measured based on the number of times of circular motion of the rotor.
前記周回運動が、前記回転子が前記容器の底部を転がる円運動である請求項1に記載の粘性測定装置。   The viscosity measuring apparatus according to claim 1, wherein the circular motion is a circular motion in which the rotor rolls on a bottom portion of the container. 前記容器が、前記測定対象物質の充填される領域の底部に溝として構成された円形状の周回経路を有し、前記回転子が前記周回経路に沿って円運動を行う請求項2に記載の粘性測定装置。   The said container has a circular circular path | route comprised as a groove | channel at the bottom part of the area | region filled with the said measuring object substance, The said rotor performs circular motion along the said circular path | route. Viscosity measuring device. 前記周回経路が、前記容器の底部に対して設けられた外側及び内側の側壁で囲まれた溝により構成されている請求項3に記載の粘性測定装置。   The viscosity measuring device according to claim 3, wherein the circulation path is configured by a groove surrounded by outer and inner side walls provided with respect to the bottom of the container. 前記回転子が受ける前記周回経路上における磁場の鉛直成分B及び前記周回経路に沿った成分Bθが、ωを前記回転磁場の角速度とし、Bを前記磁石の磁場とし、θを前記周回経路における任意の点の偏角とし、tを時間、nを自然数とした場合、前記磁場は、以下の式で表される磁場である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の粘性測定装置。
z=B・cos(ωt−nθ) …(1)式
θ=B・sin(ωt−nθ) …(2)式
The vertical component B z of the magnetic field on the circuit path received by the rotor and the component B θ along the circuit path are ω is the angular velocity of the rotating magnetic field, B 0 is the magnetic field of the magnet, and θ is the circuit 5. The magnetic field according to claim 1, wherein the magnetic field is a magnetic field represented by the following formula, where t is a time and n is a natural number: Viscosity measuring device.
B z = B 0 · cos (ωt−nθ) (1) Formula B θ = B 0 · sin (ωt−nθ) (2) Formula
前記回転磁場が、前記周回経路のいずれの位置においても、前記回転子に対して同等の磁場を与え、前記周回経路上における前記磁場の進行に伴い進行する各位置における磁場の方向が、前記周回経路の平面視における円周上の接線を含む鉛直面内で回転する請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の粘性測定装置。   The rotating magnetic field applies an equivalent magnetic field to the rotor at any position of the circuit path, and the direction of the magnetic field at each position that travels with the progress of the magnetic field on the circuit path is the circuit. The viscosity measuring device according to any one of claims 3 to 5, wherein the viscosity measuring device rotates in a vertical plane including a tangent on a circumference in a plan view of the path. 前記容器の底部のうち、前記回転子の周回経路となる位置が水平面である請求項3から請求項6のいずれか一項に記載の粘性測定装置。   The viscosity measuring device according to any one of claims 3 to 6, wherein a position of the bottom portion of the container serving as a circulation path of the rotor is a horizontal plane. 前記回転磁場制御部が、
前記回転磁場の回転軸に垂直な配置面においてN極とS極とが交互に上面となるように永久磁石が複数配列された磁石固定台を回転させることにより、前記回転子に印加する回転磁場を生成する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の粘性測定装置。
The rotating magnetic field control unit
A rotating magnetic field to be applied to the rotor by rotating a magnet fixing base on which a plurality of permanent magnets are arranged so that N poles and S poles alternately become upper surfaces on a plane perpendicular to the rotation axis of the rotating magnetic field. The viscosity measuring device according to any one of claims 1 to 7, wherein
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、前記回転子に対して印加する前記回転磁場を生成する請求項8に記載の粘性測定装置。   The said magnet is comprised from the permanent magnet, It rotates in parallel with respect to the said arrangement | positioning surface centering | focusing on the said rotating shaft, The said rotating magnetic field applied to the said rotor is produced | generated. Viscosity measuring device. 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、時間毎に極性を変化させるように前記電磁石を駆動させて、前記回転磁場を生成する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の粘性測定装置。
The magnet is composed of an electromagnet;
The rotating magnetic field control unit generates the rotating magnetic field by driving the electromagnet so as to change the polarity every time so that the arranged electromagnets have different polarities from other adjacent electromagnets. The viscosity measuring device according to any one of claims 1 to 7.
前記磁石が前記容器の上部あるいは下部に、前記測定対象物質の表面に平行に配置されている請求項7または請求項8に記載の粘性測定装置。   The viscosity measuring device according to claim 7 or 8, wherein the magnet is disposed in an upper part or a lower part of the container in parallel to the surface of the substance to be measured. 前記回転子の周回する周回数を測定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回転子の周回数との関係により、前記測定対象物質の粘性を求める請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の粘性測定装置。
A rotation detector for measuring the number of laps of the rotor;
The viscosity measuring device according to any one of claims 1 to 11, wherein the viscosity detecting unit obtains the viscosity of the measurement target substance based on a relationship between the number of rotations of the rotating magnetic field and the number of rotations of the rotor. .
粘度が予め分かっている複数の基準物質における前記回転子の周回数、及び前記回転磁場の回転数と、前記基準物質の粘性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測定対象物質における前記回転子の周回数、及び前記回転磁場の回転数を、前記標準データと比較して、前記測定対象物質の粘性を求める請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の粘性測定装置。
There is further provided a standard data storage unit for previously storing, as standard data, the number of rotations of the rotor in a plurality of reference materials whose viscosities are known in advance, the number of rotations of the rotating magnetic field, and the viscosity of the reference material. And
13. The viscosity of the measurement target material is obtained by comparing the rotation number of the rotor and the rotation number of the rotating magnetic field in the measurement target material measured by the viscosity detection unit with the standard data. The viscosity measuring device according to any one of the above.
前記回転検出部が、光学測定により、前記回転子の周回数を検出する請求項12に記載の粘性測定装置。   The viscosity measurement device according to claim 12, wherein the rotation detection unit detects the number of rotations of the rotor by optical measurement. 前記回転検出部が、電気測定により、前記回転子の周回数を検出する請求項12に記載の粘性測定装置。   The viscosity measuring apparatus according to claim 12, wherein the rotation detection unit detects the number of rotations of the rotor by electrical measurement. 前記測定対象物質が、液体あるいはソフトマテリアルである請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の粘性測定装置。   The viscosity measuring device according to any one of claims 1 to 15, wherein the measurement target substance is a liquid or a soft material. 粘性を検出する対象の測定対象物質が入れられた容器において、導電性の材料で形成され、前記測定対象物質中に沈められ、かつ前記容器の底部に接触して配置される球状の回転子に対して、磁石により磁場を印加する過程と、
前記磁石によって前記回転子に回転磁場を与え、前記回転子に誘導電流を誘起させ、前記誘導電流と前記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、前記回転子に回転トルクを与え、回転磁場の回転に対応させて、前記回転子に対して周回運動をさせる過程と、
前記回転子の周回運動の周回数により、前記測定対象物質の粘性を検出する過程と
を含む粘性測定方法。
In a container containing a measurement target substance whose viscosity is to be detected, a spherical rotor formed of a conductive material, submerged in the measurement target substance, and arranged in contact with the bottom of the container In contrast, the process of applying a magnetic field with a magnet,
A rotating magnetic field is applied to the rotor by the magnet, an induced current is induced in the rotor, and a rotational torque is applied to the rotor by Lorentz interaction between the induced current and a magnetic field applied to the rotor, A process of rotating the rotor in response to the rotation of the rotating magnetic field;
A method of detecting the viscosity of the substance to be measured based on the number of rounds of the circular motion of the rotor.
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