JP5436568B2 - 落体式粘度計の落体の落下状態の判定方法、落体速度測定センサ、及び、それを備える落体式粘度計 - Google Patents

Description

本発明は、測定容器内の被測定物内に落下させた落体の落下速度を測定し、測定値から被測定物の粘度を計測する落体式粘度計に関するものであり、より詳しくは、落体の落下状態を判定するための技術に関するものである。

従来、粘度の測定対象物となる液体内に落体を鉛直に落下させ、落体の落下速度から液体の粘度を計測する粘度計が知られている（特許文献１、２参照。）。

例えば、特許文献１は、略針状落体を筒状の測定容器内に落下させる構成とするものであり、特に、血液の粘度を計測することを目的としている。より具体的には、上下に離間させた一対の電磁誘導形センサを筒状の測定容器に取り付けた構成としており、上側の電磁誘導形センサによる略針状落体の検出信号を受けた後から、下側の電磁誘導形センサによる略針状落体の検出信号を受けるまでの時間を計測し、この時間と上下の電磁誘導形センサ間の距離から落下終末速度を検出することとしている。

また、特許文献１、２にも開示されるように、「落下終末速度」とは、流体中を等速度落下運動をしているときの落下速度とされている。そして、電磁誘導形センサによって求められる速度は、「落下終末速度」として取り扱われ、落下終末速度を用いて、粘度が算出されることとしている。

このように、落体の落下速度は落下終末速度に至っていることを前提として（落体が流体中を等速度落下運動で運動していることを前提として）、測定対象物となる液体の粘度が算出されることとしている。

特開２００６−２０８２６０号公報 特開平８−２１９９７３号公報

しかし、測定対象物によっては、落体が落下を開始してから上側の電磁誘導形センサに至るまでの距離が短い、時間が短い、などの理由で、落体が落下終末速度に至らずに、流体中を等速度落下運動で運動していない状況も生じ得る。

このような場合では、落体が等速度落下運動で運動していることを前提とする粘度の測定方法（算定方法）では、その測定結果（算定結果）の信頼性が乏しいものとなってしまう。

そこで、本発明は、落体が落下終末速度に至っており、等速度落下運動がなされているかを判定したり、速度変化を生じさせながら落下しているかを判定するなど、落体の落下状態を判定するために役立てる技術を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、 測定容器内に入れられた被測定物の中を通過する落体の落下状態から粘度を測定する落体式粘度計であって、
落体を測定容器内へ送出する押出装置と、
前記測定容器の外周に配置され、互いが上下方向に離間される一対のコイルを有する第一のコイル対と、前記測定容器の外周に配置され、互いが上下方向に離間される一対のコイルを有し、前記第一のコイル対の下方に規定距離だけ離間して配置される第二のコイル対と、を具備する落体速度測定センサを有し、
前記第一のコイル対を前記落体が通過する際に前記第一のコイル対に生じる二つの電位の極値の間の時間の間隔である第一経過時間と、前記第二のコイル対を前記落体が通過する際に前記第二のコイル対に生じる二つの電位の極値の間の時間の間隔である第二経過時間と、を測定し、前記第一経過時間と前記第二経過時間を比較することで、前記落体の落下状態を判定するとともに、
前記落体の落下状態に応じて前記押出装置が前記落体に与える初速度を調整する、
ことを特徴とする落体式粘度計とするものである。

また、請求項２に記載のごとく、前記第一経過時間と前記第二経過時間が略同一となるように前記初速度を調整する、ことを特徴とする請求項１記載の落体式粘度計とするものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、落体が、等速度落下運動しているのか、速度を増加させながら落下しているのか、或いは、速度を減少させながら落下しているのか、といったように、落体の落下の状態を判定するに役立てることが可能となる。

落体送出装置を備える落体式粘度計の構成について示す図。 落体式粘度計を組立てる前の状態について示す図。 落体式粘度計の外観を示す側面図。 落体送出装置の押出装置の構成について示す背面図。 装填用ホルダーの装填部の断面図。 落体送出装置の押出装置の構成について示す側面図。 （ａ）は、上下移動アームが原点位置にあるときについて説明する図。（ｂ）は、上下移動アームが第一停止位置にあるときについて説明する図。（ｃ）は、上下移動アームが第二停止位置にあるときについて説明する図。 落体の落下を待機状態とさせる状態について示す図。 落体を順次落下させるための自動制御について説明する図。 落体速度測定センサの構成例について示す図。 落体速度測定センサによって検出される電位変化の波形について示す図。 剪断速度と剪断応力の関係について説明する図。 測定作業の全体の流れについて示す流れ図。

本発明の実施の形態は、図１、図１０、及び図１１に示すごとく、
測定容器１１内に入れられた被測定物３の中を通過する落体４の落下状態の判定方法であって、
前記測定容器１１の外周に配置され、互いが上下方向に離間される一対のコイル９１ａ・９１ｂを有する第一のコイル対９１と、
前記測定容器１１の外周に配置され、互いが上下方向に離間される一対のコイル９２ａ・９２ｂを有し、前記第一のコイル対９１の下方に規定距離だけ離間して配置される第二のコイル対９２と、
を具備する落体速度測定センサ５を用い、
前記第一のコイル対９１を前記落体４が通過する際に前記第一のコイル対９１に生じる二つの電位の極値Ｍ１・Ｍ２の間の時間の間隔である第一経過時間Ｔａと、
前記第二のコイル対９２を前記落体４が通過する際に前記第二のコイル対９２に生じる二つの電位の極値Ｍ３・Ｍ４の間の時間の間隔である第二経過時間Ｔｂと、
を測定し、
前記第一経過時間Ｔａと前記第二経過時間Ｔｂを比較することで、前記落体４の落下状態を判定する、
落体の落下状態の判定方法とするものである。

これにより、落体４が、等速度落下運動しているのか、速度を増加させながら落下しているのか、或いは、速度を減少させながら落下しているのか、といったように、落体４の落下の状態を判定することが可能となる。

以下、詳細について、実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる落体送出装置１を備える落体式粘度計２の構成を説明するものである。落体式粘度計２は、測定容器１１内に入れられた被測定物３の中に略針状の落体４を落下させ、この落体４の落下速度を落体速度測定センサ５にて測定するとともに、測定された落下速度を用いることで被測定物３の粘度を測定するものである。

また、図１に示すごとく、落体式粘度計２は、測定に際して必要となる数値を入力したり、測定された落下速度や粘度などを表示したりするための操作・表示装置１０を備える構成としている。また、測定結果は、図示せぬ出力装置から印字出力などをすることが可能となっている。

なお、本実施例で述べる落体４の落下速度とは、落体４が被測定物中を等速度で落下（等速度落下運動）している際の速度（落下終末速度）をいうものである。また、粘度の測定対象物となる被測定物３は、血液、飲料、塗料、薬品、酵母、ヨーグルト、マヨネーズ、樹脂など、落体４がその中を自重で落下し得る各種のものが想定され、また、Ｎｅｗｔｏｎ流体はもちろんのこと、非Ｎｅｗｔｏｎ流体として種別されるものも想定される。

また、測定された落下速度を利用した粘度の算出方法については、特開平８−２１９９７３号公報や、特開２００６−２０８２６０号公報に開示されるものなどを利用でき、これらの公報に開示される方法をプログラムにて実行することで粘度を算出することが可能である。

＜装置構成＞
以下、装置構成の詳細について説明する。
図１は落体式粘度計２の外観を示す正面図、図２は落体式粘度計２を組立てる前の状態について示す図、図３は落体式粘度計２の外観を示す側面図である。

図１に示すごとく、落体式粘度計２には、測定容器１１が挿入される外筒２１を上下方向に立設させる移動台２２が設けられている。また、外筒２１には、二組のコイル対を有する落体速度測定センサ５が設けられている。

また、図１に示すごとく、落体式粘度計２には、演算制御装置９が設けられており、この演算制御装置９によって、落体を順次落下させるための自動制御（タイムチャート（図９）の実行）、落下速度や粘度の算出、さらには、操作・表示装置１０との間での各種情報の入出力が行われるようになっている。

また、図２に示すごとく、落体送出装置１は、外筒２１に上方から挿入される測定容器１１が取付けられる押出装置１２と、この押出装置１２に対して横方向にスライドするように相対移動可能に設置される装填用ホルダー１３と、を有している。

また、図２に示すごとく、押出装置１２には、上下方向に移動可能に設けられた押出ピン１５が設けられており、この押出ピン１５によって、装填用ホルダー１３に装填された落体４が、押出装置１２の下部に取付けられる測定容器１１内へと送出される構成としている。

また、図２に示すごとく、測定容器１１は、有底の筒状容器であって上部に形設される注入口から被測定物が入れられるようになっている。また、測定容器１１の下部には落体回収部１４が形成されており、被測定物内を落下した落体は、落体回収部１４にて回収されるようになっている。

また、図２に示すごとく、装填用ホルダー１３は、横方向に長いブロック状の部材にて構成され、複数の孔状の装填部１３ａ・１３ａ・・・が上下方向に形設されている。各装填部１３ａ・１３ａ・・・には、それぞれ、略針状の落体４が装填されるようになっている。また、装填用ホルダー１３は、押出装置１２の柱部１６に形設される横方向のスライド用孔１６ｍに挿入されるとともに、柱部１６の下部に構成されるベース部材１６ｎ上を横方向に移動するように構成される。

そして、図２に示すごとく、測定容器１１内に被測定物を入れて押出装置１２に取付けるとともに、装填用ホルダー１３を押出装置１２にセットすることで落体送出装置１が組立てられた状態とする。そして、測定容器１１の部位を外筒２１内へと上方から挿入することで、落体送出装置１が外筒２１にセットされた状態となる。

なお、図２に示すごとく、装填用ホルダー１３は、前記押出装置１２と分離可能に構成されていることで、複数本の落体４をセットした装填用ホルダー１３をストックとして用意しておくことが可能となり（カートリッジ式となること）、装填用ホルダー１３の交換により、次の測定作業に速やかに移行できるなど、作業性に優れたものとすることができる。

また、図３に示すごとく、外筒２１が立設される移動台２２は、測定台２３の奥行き方向（装填用ホルダー１３のスライド方向と直交する方向）にスライド移動できるように構成されており、手前の位置となる測定待避位置２４と、測定の際の位置となる測定位置２５に、セットできるようになっている。そして、測定待避位置２４では、図２に示すように、落体送出装置１に取付けた測定容器１１を外筒２１に挿入する準備作業が行われ、この準備作業が完了した状態で、図３に示すように、移動台２２を奥側の測定位置２５へと移動させることが可能となっている。また、測定終了後は、移動台２２を再び測定待避位置２４へと移動させることで、外筒２１から落体送出装置１（測定容器１１）の取り出しができるようになっている。

また、図３に示すごとく、落体式粘度計２には、駆動装置６・７などを収容する縦長のボックス部２６が設けられており、このボックス部２６の縦壁部２６ａからは、上下移動アーム３１、位置決めピン３２ａ・３２ｂ、左右移動アーム３４ａが突出されるようになっている。なお、図２に示すごとく、位置決めピン３２ａ・３２ｂは合計四箇所、左右移動アーム３４ａ・３４ａは合計二箇所に配置されるようになっている。

また、図４に示すごとく、押出装置１２は、柱状の柱部１６の内部に押出ピン１５を上下移動可能に設ける構成としており、この柱部１６の背面には、図３に示される位置決めピン３２ａ・３２ｂが挿入される位置決め孔１６ａ・１６ｂが奥行き方向に形設されている。

また、図４に示すごとく、押出ピン１５の上部に形設される連結部１５ａには、図３に示される上下移動アーム３１の先端部が挿入されるピン挿入孔１５ｂが奥行き方向に形設されている。

また、図４に示すごとく、装填用ホルダー１３の左右の二位置には、図３に示される左右移動アーム３４ａ・３４ａが挿入される貫通孔１３ｂ・１３ｂが奥行き方向に形設されている。

そして、図４に示す構成により、図３に示す測定待避位置２４から、測定位置２５へと移動台２２を移動させた際においては、上下移動アーム３１がピン挿入孔１５ｂに、位置決めピン３２ａ・３２ｂが位置決め孔１６ａ・１６ｂに、左右移動アーム３４ａ・３４ａが貫通孔１３ｂ・１３ｂに、それぞれ挿入されるようになっている。これにより、図３に示す測定位置２５に移動台２２がセットされた際には、落体送出装置１の各部位のボックス部２６（縦壁部２６ａ）に対する相対位置を、規定の位置にセットできるようになっている。

また、図４に示すごとく、装填用ホルダー１３の各装填部１３ａ・１３ａ・・・には、落体４・４・・・が装填されており、この落体４を上方から押出ピン１５にて押下げることによって、落体４が測定容器１１内へと送出されるようになっている。また、押出ピン１５の移動の停止位置は、後述する駆動装置６（図３参照）やストッパー（不図示）などによって、規定され得るようになっている。

また、図５は、装填用ホルダー１３の装填部１３ａの水平断面の形状を示すものであり、装填部１３ａは、縦孔１３ｄと、この縦孔１３ｄの軸中心に向かって突出する突部１３ｅ・１３ｅを有する構成としている。そして、この突部１３ｅ・１３ｅが落体４の外周面に接触することで、落体４の外周面と突部１３ｅ・１３ｅの間に摩擦力が発生し、この摩擦力によって落体４が縦孔１３ｄから自然に落下せずに、突部１３ｅ・１３ｅによって装填部１３ａに保持された状態が維持されるようになっている。

これにより、図５に示すごとく、装填用ホルダー１３の装填部１３ａは、落体４を装填部１３ａに保持しつつ、落体４を押出装置１２（図４参照）によって装填部１３ａに対して移動可能にする落体保持機構１３Ｍを備える構成となっている。また、落体保持機構１３Ｍは、前記装填部１３ａを、縦孔１３ｄと、前記縦孔１３ｄの内周面に形成される突部１３ｅ・１３ｅにて構成し、前記突部１３ｅ・１３ｅと前記落体４の周面との間に生じる摩擦力によって、前記落体４の落下が抑制される構成とするものである。

また、図５に示す構成によれば、各落体４が、装填用ホルダー１３の装填部１３ａの内面に形設された縦孔１３ｄと突部１３ｅ・１３ｅの組み合わせによって適宜の摩擦力で保持されるため、押出装置１２（図４参照）に過大な荷重を必要とせず、また落体４が自由落下をすることがないため、簡易な構造により作業負担の軽減や、測定結果のばらつきを軽減することが可能となる。

なお、図５においては、突部１３ｅ・１３ｅを略三角状の断面を有する上下に長い突条が４箇所に配置される構成としたが、形状や個数については、図５の形態に限定されることはない。例えば、縦孔１３ｄの端部に平面視において円周状の凸起と設ける形態や、半球状の突起を縦孔１３ｄの内周面に設ける形態や、縦孔１３ｄの内周面に連続的な凹凸が形成される内歯形状の形態とすることなども考えられる。また、突部１３ｅ・１３ｅについては、装填用ホルダー１３とは別体のゴムや樹脂などにて構成するほか、縦孔１３ｄの成形時に同時に形設される構成としてもよい。

そして、以上のように、落体４を押出ピン１５にて押下げて送出する形態とすることで、落体が自由落下を開始する位置（上下方向の位置）を均一にすることが可能となり、自由落下を開始してから落体速度測定センサ５（図１参照）に至るまでの時間のばらつきの発生が抑えられ、落体が落体速度測定センサ５を通過する際の速度にばらつきの発生を抑えることができる。

また、図４及び図６に示すごとく、押出ピン１５の上部に設けた連結部１５ａに、上下移動アーム３１が挿入されることにより、押出ピン１５と上下移動アーム３１が連結された状態となる。また、上下移動アーム３１は、駆動装置６によって上下移動するように構成されており、これにより、上下移動アーム３１と連動して押出ピン１５が上下移動するようになっている。そして、上下移動アーム３１が下方へ移動された際には、押出ピン１５によって落体４が押下げられ、落体４が装填部１３ａから送出されて、測定容器１１内へと送出されるようになっている。なお、図４及び図６に示されるピン挿入孔１５ｂと上下移動アーム３１が連結される構成とは別の構成も考えられる。例えば、上下移動アームにて押出ピンの上部を上から押えつけることで、押出ピンを押し下げる構成とするとともに、落体の送出後においては、押出ピンがスプリングなどの弾性部材の復帰力によって元の位置（押し下げられる前の位置）に復帰される構成である。

このように、駆動装置６にて押出ピン１５を作動させることで、落体４の送出作業を自動化することができ、測定作業の作業性を向上させることができる。なお、駆動装置６については、上下移動アーム３１を移動させるタイミングや、上下位置を厳密にコントロール可能とするために、サーボモーターやステッッピングモータとすることが好ましい。

また、図４及び図６に示すごとく、装填用ホルダー１３の貫通孔１３ｂ・１３ｂに、左右移動アーム３４ａ・３４ａが挿入されることにより、左右移動アーム３４ａ・３４ａと装填用ホルダー１３が連結された状態となる。また、左右移動アーム３４ａ・３４ａは、駆動装置７によって左右移動するように構成されており、これにより、左右移動アーム３４ａ・３４ａと連動して装填用ホルダー１３が左右移動するようになっている。

そして、図４及び図６に示すごとく、測定時においては、装填用ホルダー１３の各装填部１３ａが順次押出ピン１５の下方に配置されるように、左右移動アーム３４ａ・３４ａが規定の移動距離だけ順次移動されるようになっている。また、装填用ホルダー１３を移動させるタイミングは、上下移動アーム３１が原点位置６０、若しくは、上限位置６３にある場合であって、装填部１３ａに押出ピン１５が挿入されていないときに行われるようになっている。また、押出ピン１５による各落体４の送出の終了後は、左右移動アーム３４ａ・３４ａが元の位置に戻さることで、装填用ホルダー１３も測定開始前の待機位置（図１の状態）へと戻されるようになっている。

また、図４及び図６に示すごとく、押出装置１２の柱部１６に設けたスライド用孔１６ｍには、ガイド凸部１６ｃが下方向に突設されており、このガイド凸部１６ｃが、装填用ホルダー１３に形設されたガイド溝１３ｃに挿入されるようになっている。これにより、装填用ホルダー１３はガイド凸部１６ｃによってガイドされながら左右移動するようになっている。

以上のように、駆動装置７にて装填用ホルダー１３を作動させることで、装填用ホルダー１３の送り作業を自動化することができ、測定作業の作業性を向上させることができる。なお、駆動装置７については、左右移動アーム３４ａ・３４ａを移動させるタイミングや、左右位置を厳密にコントロール可能とするために、サーボモーターやステッッピングモータとすることが好ましい。また、前記駆動装置６と駆動装置７は、演算制御装置９（図１参照）にて同期させることで、装填用ホルダー１３の左右移動と押出ピン１５の上下移動のタイミングがコントロールされ、順次、落体４を自動で落下させることができるようになっている。

また、図６及び図７に示すごとく、上下移動アーム３１は、原点位置６０、第一停止位置６１、第二停止位置６２、上限位置６３（図６）、の合計４位置にて停止されるように、駆動装置６によって制御されるようになっている。

ここで、上下移動アーム３１が原点位置６０にあるときには、押出ピン１５の上部の連結部１５ａが上の位置に配置された状態では、押出ピン１５の下端１５ｃが装填用ホルダー１３の装填部１３ａの上方に配置された状態となる。

また、上下移動アーム３１が原点位置６０から第一停止位置６１へ下降されると、押出ピン１５の下端１５ｃが装填部１３ａ内へと挿入されて落体４の上端部に当接し、落体４が下方へと移動される。ここで、落体４は、測定容器１１内へは落下せずに、落体４の一部（下部）が測定容器１１内へと進入された待機状態（下部が押出装置１２から下方に突出する待機状態）に設定される。

また、上下移動アーム３１が第一停止位置６１から第二停止位置６２へ下降されると、押出ピン１５がさらに下方へと移動され、落体４が測定容器１１内へと落下する。その後、上下移動アーム３１は第二停止位置６２から上限位置６３まで上昇した後に、原点位置６０へと戻される。

また、図６及び図７に示すごとく、上下移動アーム３１は、原点位置６０（図７（ａ））から第一停止位置６１（図７（ｂ））に移動した後、規定時間Ｔ１だけ移動が停止され、この規定時間Ｔ１を経過した後に、第一停止位置６１から第二停止位置６２（図７（ｃ））への移動が開始されるようになっている。即ち、規定時間Ｔ１だけ落体４の落下を待機させることができるようになっている。

図８は、この規定時間Ｔ１において、落体４の落下が待機状態であることを示している。
押出装置１２のベース部材１６ｎの下部には、落体４をガイドするための筒状のガイド部１２ｃが突設されており、このガイド部１２ｃを通過させることで、落体４が鉛直に落下するようにしている。そして、この構成において、落下の待機状態では、ガイド部１２ｃから落体４の下部が突出し、この突出した部位において、落体４の表面に被測定物３が馴染むようになっている。

さらに、いわゆる毛細管現象によって、ガイド部１２ｃと落体４の間に形設される隙間Ｓを被測定物３が上昇することで、落体４の表面における広い範囲が被測定物３と馴染むようになっている。このように、落体４を落下させる前に、被測定物３を落体４の表面に馴染ませることによって、落体４が落下を開始する際に、落体４と被測定物３の間に生じる流体摩擦抵抗を低減させることが可能となり、測定容器１１内の限られた落下距離の中で、落体４を確実に等速度落下運動させる（落下終末速度に至らせる）ことができるようにしている。

なお、図８に示す構成において、上下移動アームを第一停止位置として落体４の落下を待機させる規定時間Ｔ１は、例えば、２秒や、３秒などの数秒とするほか、被測定物３の種別や落体４の長さなどによって、適宜規定され得るものである。これにより、落体４の表面への被測定物３の馴染みの度合いを設定することが可能となり、測定容器１１内の限られた落下距離の中で、落体４を確実に等速度落下運動させる（落下終末速度に至らせる）ことができるようにしている。なお、落体４をこの位置で落下させずに待機状態で保持できるように、ベース部材１６ｎにおけるガイド部１２ｃの上方には、落体４の周面との摩擦力によって落体４の落下を抑制する機能を有する縦孔１２ｆが形成される。この縦孔１２ｆは、装填用ホルダー１３装填部１３ａの縦孔１３ｄと同様に、図５に示されるような突部１３ｅ・１３ｅを設けることで実現できる、

また、図７に示すごとく、第一停止位置６１（図７（ｂ））から第二停止位置６２（図７（ｃ））へは、規定の加速度Ａによって上下移動アーム３１が移動され、これにより、落体４が初速度Ｖを与えられた上で、被測定物３内に送出されるようになっている。この上下移動アーム３１の動作速度、つまり、押出ピン１５の動作速度は、被測定物３に応じて予め設定され得るようになっている。そして、このように、落体４に初速度Ｖを与えることを可能とすることで、測定容器１１内の限られた落下距離の中で、落体４を確実に等速度落下運動させる（落下終末速度に至らせる）ことができるようにしている。

＜測定手順＞
以上のような構成とし、図９に示されるタイムチャートによって、複数本の落体を用いた被測定物の粘度の測定の実施が可能となる。
この例では、合計８本の落体を連続的に落下させるものである。なお、８本の落体は、それぞれ密度（ｍｇ／ｃｍ^３）が異なるものとし、このように密度の異なる落体を複数用いることで、後述するＮｅｗｔｏｎ流体／非Ｎｅｗｔｏｎ流体の判定を行うことが可能となる。

図９のタイムチャートについて、図１乃至図８の構成を参照しながら順に説明すると、まず、前準備として、図３に示すごとく、移動台２２を測定待避位置２４とし、装填用ホルダー１３及び測定容器１１をセットした落体送出装置１を、外筒２１にセットした状態とする。そして、移動台２２を測定位置２５へと移動させる。

また、この状態では、図１に示すごとく、装填用ホルダー１３は待機位置に配置されるとともに、図７（ｂ）に示すごとく、上下移動アーム３１（押出ピン１５）は原点位置６０とされている。そして、図１に示すごとく、操作・表示装置１０にて測定を開始させると、図において最も左側に配置される１本目の落体４の入った装填部１３ａが押出ピン１５の下方となるように、装填用ホルダー１３が左方向にスライドさせられる。また、図６及び図７（ｂ）に示すごとく、上下移動アーム３１は、いったん上限位置６３へ上昇させられてゼロ点調整された後に、原点位置６０へと復帰され、この原点位置６０で規定時間Ｔ０だけ待機される（この例では１秒間）。

次に、図７（ｂ）及び図８に示すごとく、上下移動アーム３１は、第一停止位置６１へと下降され、ガイド部１２ｃから落体４の下部が突出される。このステップが第一ステップとされる。

そして、図７（ｂ）及び図８に示すごとく、この第一停止位置６１にて規定時間Ｔ１だけ待機される（この例では２秒間）。この規定時間Ｔ１の間に、落体４の表面と被測定物３が馴染むことになる。このステップが第二ステップとされる。

その後、図７（ｃ）に示すごとく、上下移動アーム３１は、第二停止位置６２へと下降され、これにより、落体４が測定容器１１内へと送出される。このステップが第三ステップとされる。

以上のように、押出ピン１５による前記落体４の送出に際し、
前記落体４の一部を測定容器１１内へ進入させた待機状態にセットして、前記被測定物３を前記落体の表面に付着させる第一ステップと（図７（ａ））、
前記第一ステップにおける落体の状態を規定時間維持する第二ステップと（図７（ｂ））、
前記第二ステップの後に、前記落体を送出する第三ステップと（図７（ｃ））、を有する落体の操出方法とするものである。

以上のようにして、一本目の落体の送出が行われ、図６に示すごとく、上下移動アーム３１が上昇して上限位置６３へと戻され、１本目の測定作業が完了される。

次に、図１に示すごとく、左から２本目の落体４の入った装填部１３ａが押出ピン１５の下方となるように装填用ホルダー１３がスライドさせられ、この後は、１本目と同様に、上下移動アームの動作が行われる。

以上に説明した、図６及び図７に示す装填用ホルダー１３と押出ピン１５（上下移動アーム３１）の動作が、８本目の測定作業が完了するまで繰り返される。そして、８本目の測定作業が完了後は、装填用ホルダー１３は前準備の段階の待機位置（図１の状態）まで自動で戻され、上下移動アーム３１は原点位置６０へと戻される。その後、図３に示すごとく、移動台２２が測定位置２５から測定待避位置２４へと戻され、落体送出装置１が外筒２１から上方へ取外されることで、測定終了となる。測定終了後には、測定結果の出力が行われる。

以上のようにして、１本目から８本目までの複数の落体についての測定作業を自動で連続的に行うことができ、作業負担の軽減や、測定結果のばらつきを軽減することが可能となる。

なお、以上の例では、図１に示すごとく、装填用ホルダー１３をスライドさせることで、順次落体を落下させる構成としたが、装填用ホルダー１３をスライドさせずに押出装置１２をスライドさせることで、順次落体を落下させる構成としてもよい。つまり、装填用ホルダー１３と押出装置１２の相対位置が変更可能に設けられる構成であればよい。相対移動させる形態とすれば、各落体が直接的に押出ピン１５と接触し、各落体４が同じ条件で送出され得ることになり、測定結果のばらつきを軽減することが可能となる。また、相対位置を変更させる形態については、スライドに限定されるものではなく、いかなる形態であってもよい。また、以上に述べた自動による測定作業は、演算制御装置９によって自動制御されることとすることができる。

＜落下速度の測定＞
以上の構成において、落体の落下速度は、図１に示される落体速度測定センサ５にて測定されることができる。この落体速度測定センサ５は、特に限定されるものではないが、図１０に示すごとく、外筒２１（図１参照）の外周面を取り囲むように配置される二組のコイル対９１・９２に生じる電位の変化を演算制御装置９にて解析することで、落下速度を算出することができる。より具体的には、まず上側のコイル対９１（第一のコイル対）は、コイル９１ａ・９１ｂを互いに極性が異なるように、即ち、巻き方向が互いに逆の関係となるように配置され、並列に接続される。下側のコイル対９２（第二のコイル対）についても、同様に、コイル９２ａ・９２ｂを互いに極性が異なるように配置して並列に接続される。

そして、図１０の落体速度測定センサ５の構成において、図１１に示すごとく、各コイルの電位を信号出力（Ｖ）として測定することができるようになっている。つまり、各コイルの磁界を落体が通過した際に、各コイルに生じる誘導起電力によって、信号出力（Ｖ）が変動する様子が記録できるようになっている。なお、図１１において、縦軸は信号出力（Ｖ）であり、横軸は時間（ｔ）である。また、この横軸は、落体の落下位置にも対応することになる。

図１１において、波形Ｌ１は、図１０の上側のコイル対９１（コイル９１ａ・９１ｂ）の電位の経時的な変化を信号出力（Ｖ）にて表すものであり、波形Ｌ２は、図１０の下側のコイル対９２（コイル９２ａ・９２ｂ）の電位の経時的な変化を信号出力（Ｖ）にて表すものである。波形Ｌ１については、二つの極値Ｍ１・Ｍ２が現れ、この極値Ｍ１・Ｍ２の間の第一経過時間Ｔａが、コイル９１ａ・９１ｂの上下中心間距離Ｄ１（コイル９１ａの上下中央の位置と、コイル９１ｂの上下中央の位置の間隔）を通過するのに要した時間として定義される。同様に、波形Ｌ２については、二つの極値Ｍ３・Ｍ４が現れ、この極値Ｍ３・Ｍ４の間の第二経過時間Ｔｂが、コイル９２ａ・９２ｂの上下中心間距離Ｄ２（コイル９２ａの上下中央の位置と、コイル９２ｂの上下中央の位置の間隔）を通過するのに要した時間として定義される。

そして、各波形Ｌ１・Ｌ２について、例えば、上下中心間距離Ｄ１・Ｄ２をそれぞれ第一経過時間Ｔａ・第二経過時間Ｔｂで除すことにより、落体の落下速度ｖ１・ｖ２を求めることができる（落下速度ｖ１（ｍｍ／ｍｓｅｃ）＝Ｄ２（ｍｍ）／Ｔａ（ｍｓｅｃ）、落下速度ｖ２（ｍｍ／ｍｓｅｃ）＝Ｄ２（ｍｍ）／Ｔａ（ｍｓｅｃ））。この落下速度ｖ１・ｖ２の平均値を落下速度としてもよいし、いずれか一方を落下速度として採用してもよい。また、この他、各波形Ｌ１・Ｌ２と基準電位Ｖ０（演算制御装置９の電源部にて各コイルに印加される電圧）との交点Ｍ５・Ｍ６の間の時間Ｔｃを求め、この時間Ｔｃから落下速度を求めてもよい。

なお、図１０に示す落体速度測定センサ５の構成、及び、図１０の構成に基づく図１１に示す波形Ｌ１・Ｌ２を利用して落下速度を求めるほか、図１０に示すコイル対のコイルを同じ極性にて並列に接続することによっても、各コイル対において二つの極値を得ることができ、この極値を用いて各コイルの通過時間を取得することができるため、コイルの巻き方については、特に限定されるものはない。

また、以上のようにして求めた落下速度を用いた粘度の算出方法については、特開平８−２１９９７３号公報や、特開２００６−２０８２６０号公報に開示されるものなどを利用でき、これらの公報に開示される方法をプログラムにて実行することで粘度を算出することが可能である。

＜流体の種別の判定＞
粘度の算出に関連し、図１２に示すごとく、剪断速度γ（横軸（単位：１／ｓ（秒））と剪断応力τ（縦軸（単位：Ｐａ））をプロットすることにより、被測定物がＮｅｗｔｏｎ流体、若しくは、非Ｎｅｗｔｏｎ流体であるかを判定することが可能となる。即ち、上述の測定例のように、８本の密度（ｍｇ／ｃｍ^３）の異なる落体について、その重量（ｍｇ）と落下速度（ｍ／ｓ）の測定値に基づいて、剪断速度γと剪断応力τを求め、図１２のグラフにプロットする。仮に、被測定物３Ａのように、剪断速度γと剪断応力τが原点を通る比例関係を示す場合には、Ｎｅｗｔｏｎ流体であると判定することができる。一方で、比例関係を示さない場合には、被測定物３Ｂのように、剪断速度γと剪断応力τが原点を通る比例関係を示すといえない場合には、非Ｎｅｗｔｏｎ流体であると判定することができる。

また、図１２のグラフにおいて、被測定物３Ｂについては、落体の重量（ｍｇ）（密度（ｍｇ／ｃｍ^３）でもよい）が小さいものについての領域Ｗ１では、Ｃａｓｓｏｎ流体として定義されるものに近しいの挙動を示し、落体の重量（ｍｇ）が大きいものについての領域Ｗ２では、原点を通らないためＮｅｗｔｏｎ流体ではないが、Ｎｅｗｔｏｎ流体と同様に線形（比例関係）の挙動を示すもの、として、解釈することもできる。

なお、本明細書において、「Ｎｅｗｔｏｎ流体」とは、図１２に示す剪断速度と剪断応力の関係を示すグラフにおいて、原点を通る線形（比例関係）を示すものをいう。また、「非Ｎｅｗｔｏｎ流体」とは、「Ｎｅｗｔｏｎ流体」を除いた流体のことをいう。

＜落下状態の判定＞
また、以上に述べた被測定物の粘度の算出においては、落体が被測定物を等速度落下運動しているものと仮定しているが、実際には、等速度落下運動していない、つまりは、落下終末速度に到達していない可能性もある。この場合には、図１２のグラフにも影響が出ることになるため、Ｎｅｗｔｏｎ流体／非Ｎｅｗｔｏｎ流体の判定について、誤った判定が行われることが懸念される。

この点については、図１０に示す落体速度測定センサ５の構成と、図１１に示す波形を用いることで、落体の落下の状態を判定することができる。
即ち、図１１に示すごとく、一方のコイル対９１の二つの極値間の第一経過時間Ｔａと、他方のコイル対９２の二つの極値間の第二経過時間Ｔｂを比較することで、落体の落下の状態を判定するものである。

図１１の波形Ｌ１において、仮に、両時間Ｔａ・Ｔｂが略同一であれば、それぞれ同一の距離に設定される、コイル対９１・９２におけるコイル同士の上下中心間距離Ｄ１・Ｄ２（Ｄ１＝Ｄ２）を通過するのに同一の時間を要したことから、等速度落下運動しているものと判定することができる。一方で、波形Ｌ１において、仮に、上側のコイル対９１についての第一経過時間Ｔａが、下側のコイル対９２についての第二経過時間Ｔｂよりも大きい場合には、落体の速度が増加していると考えられるため、等速度落下運動をしていないものと判定することができる。さらに、波形Ｌ１において、仮に、上側のコイル対９１についての第一経過時間Ｔａが、下側のコイル対９２についての第二経過時間Ｔｂよりも小さい場合には、落体の速度が減少していると考えられるため、等速度落下運動をしていないものと判定することができる。

ここで、等速度落下運動をしない原因として、被測定物の粘度が低いために加速を続けてしまう場合や、粘度が高いために速度が減少してしまうなどといったことが考えられる。また、被測定物によっては、ある速度以上の領域で等速度落下運動が行われるということも考えられる。

以上のようにして、落体が等速度落下運動をしているか否か、また、どのような落下運動をしているか（加速をしているか、減速をしているか）、といった落下状態を判定することが可能となる。

また、仮に、落体が等速度落下運動をしていない場合には、図７（ｃ）に示すごとく、上下移動アーム３１（押出ピン１５）にて初速度Ｖを与えることとするとともに、この初速度Ｖの調整を行うことによって、落体４について、測定容器１１内において等速度落下運動を行わせるための調整を行うことが可能となる。即ち、第一経過時間Ｔａと第二経過時間Ｔｂが略同一となるように、初速度Ｖの調整を行うものである。

＜測定作業の全体の流れ：実施例＞
以上に述べた落体の落下速度や粘度の測定や流体の種別の判定を行う場合の一連の流れの例を、図１３の流れ図に示す。
この流れ図に沿って説明すると、まず、落体の落下の初速度Ｖを設定し（ステップＳ１）、第一経過時間Ｔａと第二経過時間Ｔｂを測定する（ステップＳ２）。この第一経過時間Ｔａと第二経過時間Ｔｂの測定は、上述したタイムチャートに則って自動的に行われる（図９参照）。次に、演算制御装置９にて、各落体について、剪断速度と剪断応力の関係を示すグラフの勾配（図１２参照）から粘度を算出するとともに（ステップＳ５）、その結果を出力する（ステップＳ６）。このような流れで、粘度を算出することが可能となる。

また、ステップＳ２とステップＳ５の間のステップＳ３において、第一経過時間Ｔａと第二経過時間Ｔｂの測定結果に基づき、等速度落下がなされているか否かの判定を行ってもよい。ここで、等速度落下の判定を行うのは、等速度落下を前提とする粘度の算出方法では、その算出結果（ステップＳ５で求めた粘度）の信頼性が低いことになるためである。

このステップＳ３では、演算制御装置９は、図１０及び図１１に示すごとく、一方のコイル対９１の二つの極値間の第一経過時間Ｔａと、他方のコイル対９２の二つの極値間の第二経過時間Ｔｂを比較し、両時間Ｔａ・Ｔｂの差分の絶対値が定数δ以内である場合（定数δは、被測定物の性状や装置特性により別途規定される定数）には、等速度落下がされているものと判定し（ステップＳ４）、そのまま粘度の算出を行うこととすることとできる（ステップＳ５）。

一方で、ステップＳ３において、両時間Ｔａ・Ｔｂの差分の絶対値が定数δよりも大きい場合には、等速度落下していないものと判定される（ステップＳ７）。この等速度落下をしていない原因としては、初速度Ｖが低い、若しくは、高い、ことが要因として考えられるため、初速度Ｖの変更が行われる（ステップＳ８）。この初速度Ｖの変更は、演算制御装置９が変更を促す表示など操作・表示装置１０にすることで、測定者に任意に初速度Ｖの変更を行わせることや、演算制御装置９が自動的に変更を実行することとしてもよい。演算制御装置９による初速度Ｖの自動的な変更（調整）については、例えば、両時間Ｔａ・Ｔｂが略同一となるまで繰り返し行われることとしてもよい。また、この操作を、測定を開始する前の準備操作として行うこととしてもよい。

以上に述べた一連の流れによって、被測定物の粘度の算出、被測定物の流体の種別の判定（Ｎｅｗｔｏｎ流体／非Ｎｅｗｔｏｎ流体の判定）、等速度落下をしているか否かの判定、に役立てることができる。

本発明は、血液、飲料、塗料、薬品、酵母、ヨーグルト、マヨネーズ、樹脂など、落体がその中を自重で落下し得る各種のものについての粘度測定について利用することができ、また、Ｎｅｗｔｏｎ流体はもちろんのこと、非Ｎｅｗｔｏｎ流体として種別されるものについての粘度測定についても利用することができる。

１ 落体送出装置
２ 落体式粘度計
３ 被測定物
４ 落体
５ 落体速度測定センサ
６ 駆動装置
７ 駆動装置
９ 演算制御装置
１０ 操作・表示装置
１１ 測定容器
１２ 押出装置
１３ 装填用ホルダー
１３ｄ 縦孔
１３ｅ 突部
１５ 押出ピン
２１ 外筒
２２ 移動台
３１ 上下移動アーム
６０ 原点位置
６１ 第一停止位置
６２ 第二停止位置
６３ 上限位置
９１ コイル対
９２ コイル対

Claims (2)

1. 測定容器内に入れられた被測定物の中を通過する落体の落下状態から粘度を測定する落体式粘度計であって、
   落体を測定容器内へ送出する押出装置と、
   前記測定容器の外周に配置され、互いが上下方向に離間される一対のコイルを有する第一のコイル対と、前記測定容器の外周に配置され、互いが上下方向に離間される一対のコイルを有し、前記第一のコイル対の下方に規定距離だけ離間して配置される第二のコイル対と、を具備する落体速度測定センサを有し、
   前記第一のコイル対を前記落体が通過する際に前記第一のコイル対に生じる二つの電位の極値の間の時間の間隔である第一経過時間と、前記第二のコイル対を前記落体が通過する際に前記第二のコイル対に生じる二つの電位の極値の間の時間の間隔である第二経過時間と、を測定し、前記第一経過時間と前記第二経過時間を比較することで、前記落体の落下状態を判定するとともに、
   前記落体の落下状態に応じて前記押出装置が前記落体に与える初速度を調整する、
   ことを特徴とする落体式粘度計。
2. 前記第一経過時間と前記第二経過時間が略同一となるように前記初速度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１記載の落体式粘度計。

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