JP6650955B2

JP6650955B2 - 曳糸性測定装置

Info

Publication number: JP6650955B2
Application number: JP2018016401A
Authority: JP
Inventors: 清光石川
Original assignee: 株式会社石川鉄工所
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: JP2019132758A

Description

本発明は、医療分野における唾液、血液、リンパ液、関節液、尿といった各種体液、産業分野におけるインク、塗料、オイル、グリース等、食品分野における醤油、ソース、マヨネーズ、ケチャップ、ドレッシング、乳製品、練り物、スープ等の種々の液状物（ゲル、コロイド、スラリーを含む）又は粘稠性を有する流動物の粘性のパラメータとしての曳糸性を測定する曳糸性測定装置に関する。

例えば、医療分野において、人の唾液の粘性と精神的、肉体的疲労度が相関関係にあり、疲労度が増すにつれて唾液の粘性が高くなることが知られており、粘性をはじめとする唾液の物性を検査することの必要性が認識されてきている。また、各種産業分野や食品分野等においては、様々な液状物や流動物が使用されており、その特性を管理するためのパラメータの１つとして、粘性に関わる曳糸性を測定することの重要性が増してきている。
例えば、特許文献１には、導電性物質の糸引き性（曳糸性）を測定する装置が開示されているが、導電性物質以外（非導電性）の試料は測定することができず、測定対象が限定され、汎用性、実用性に欠けるという問題があった。この問題を解決するものとして、本出願人が先に出願した特許文献２には、試料を収容する測定皿と、測定皿内の試料にその下端部が接触しその上昇によって試料の曳糸長さを検出すべく機能する接触子と、接触子の昇降手段と、接触子昇降手段とは独立の昇降手段を有し測定皿内の試料頭頂部の鉛直方向位置を遮光から透光への瞬間を捉えることによって検知するとともに接触子上昇速度の１００％未満の設定比率の上昇速度で自動追尾し試料の切断部位を捉えるよう構成した光学検出部を有する曳糸性測定装置が開示されている。

特開平０２−０１０２４６号公報特開２００５−２７４３５０号公報

しかしながら、特許文献２では、試料の切断部位を光学検出部（センサ部）で捉えるために、接触子の上昇に対して、光学検出部を接触子上昇速度の１００％未満の設定比率で上昇させて、切断部位を追尾しなければならず、接触子及び光学検出部の移動速度や移動距離（ストローク）の制約から測定精度や用途に限界があった。まず、曳糸長は、測定速度（接触子の移動速度）に応じて変化するので、測定対象物の特性を知るために、測定速度と曳糸長との相関を求めることや、曳糸長が最長となる時の測定速度を求めることが要求されることがあり、そのためには、接触子及び光学検出部の移動速度を高速化し、その選択範囲も拡げる必要がある。ところが、接触子及び光学検出部を高速移動させるためには、加速領域が必要となり、移動距離が長くなって装置が大型化（長尺化）する。また、移動距離が長くなると、等速移動の精度が低下し、振動が発生し易く、駆動系の構築が困難で、耐久性が低下すると共に、破断箇所の液柱が極細となり、気流の揺らぎや駆動系の振動等の影響を受け易く、安定測定が困難となる。さらに、光学検出部と光学アンプとの間は光ファイバーケーブルで接続されるため、光学検出部の移動距離を長くしようとすると、光ファイバーケーブルの長さが長くなって垂れ下がり、光学系の安定性が低下し易く、装置の取り扱い性にも欠けるという問題が生じる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、装置の長尺化を抑え、測定時に気流の揺らぎや駆動系の振動等の影響を受け難く、高速移動による高精度で安定した曳糸性測定を実現することができ、耐久性、汎用性、安定性に優れる曳糸性測定装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る曳糸性測定装置は、試料が収容される試料皿と、該試料皿を昇降させる第１の昇降手段と、初期位置にある前記試料皿の前記試料に下端部が接触するように保持される接触子と、前記第１の昇降手段と独立して該接触子を昇降させる第２の昇降手段と、前記初期位置で前記試料の切断を検知する光学検出手段とを有し、前記光学検出手段で前記試料の切断を検知した時の前記試料皿の下降量と、前記接触子の上昇量から前記試料の曳糸長を測定する。

本発明に係る曳糸性測定装置において、前記第１、第２の昇降手段が内蔵された筐体を有し、前記光学検出手段のセンサ部は、前記筐体の高さ方向中央部に固定されていることが好ましい。

本発明に係る曳糸性測定装置において、前記第１の昇降手段による前記試料皿の下降速度と、前記第２の昇降手段による前記接触子の上昇速度は、独立して選択可能であることが好ましい。

本発明に係る曳糸性測定装置において、前記第１の昇降手段による前記試料皿の下降速度と、前記第２の昇降手段による前記接触子の上昇速度を合成した速度は、０．０５〜３０００ｍｍ／ｓであることが好ましい。

本発明に係る曳糸性測定装置は、試料が収容される試料皿を昇降させる第１の昇降手段と、初期位置にある試料皿の試料に下端部が接触するように保持される接触子を昇降させる第２の昇降手段を有することにより、試料皿又は接触子のみを移動（昇降）させる場合に比べ、同じ駆動系で最大２倍の測定速度が得られ、試料皿に対して接触子を相対的に高速移動させて曳糸性の測定を行うことができる。よって、試料皿及び接触子のそれぞれの移動速度は、測定速度の１／２以下に抑えることができ、第１、第２の昇降手段（駆動部）で発生する振動が低く抑えられ、等速移動の精度も向上して安定した測定が可能となる。また、測定ストローク（測定可能な最大曳糸長）に対して、試料皿及び接触子のそれぞれの移動距離も短く抑えられるので、第１、第２の昇降手段の構築も容易となり、耐久性、動作の安定性も向上する。さらに、初期位置で試料の切断を検知する光学検出手段を有し、光学検出手段で試料の切断を検知した時の試料皿の下降量と、接触子の上昇量から試料の曳糸長を測定するので、光学検出手段によって試料の切断部位を追尾する必要がなく、気流の揺らぎや振動の影響を受け難く、測定精度も向上する。

第１、第２の昇降手段が内蔵された筐体を有し、光学検出手段のセンサ部が、筐体に固定されている場合、第１、第２の昇降手段を筐体で保護することができると共に、センサ部を筐体と一体的に取り扱うことができ、センサ部を移動させる必要がないので、取り扱い性、光学系の安定性に優れる。また、光学検出手段のセンサ部が、筐体の高さ方向中央部に固定されている場合、試料皿、及び接触子の移動距離は、最長でも測定ストローク（測定可能な最大曳糸長）の１／２以下に抑えられ、試料皿、及び接触子の移動速度を安定化させることができる。

第１の昇降手段による試料皿の下降速度と、第２の昇降手段による接触子の上昇速度が、独立して選択可能である場合、切断位置が曳糸長の中間位置と異なる試料に対して、試料皿の下降速度と、接触子の上昇速度をそれぞれ選択し、初期位置（光学検出部の位置）を基準として、試料皿の移動（下降）距離と、接触子の移動（上昇）距離を変化させ、切断位置を試料皿の初期位置に一致させることにより、光学検出手段で確実に試料の切断を検知することができ、汎用性に優れる。また、試料の特性にかかわらず、常に一定の位置（初期位置）で試料が切断されるように設定できるので、高速度カメラやエリアセンサ等の他のセンサを併用する際に、初期位置に合わせて容易に設置することができ、取付位置を変更したり、測定時に移動させたりする必要がなく、拡張性にも優れる。

第１の昇降手段による試料皿の下降速度と、第２の昇降手段による接触子の上昇速度を合成した速度が、０．０５〜３０００ｍｍ／ｓであることにより、曳糸長の測定速度の選択範囲が広く、特性の異なる様々な試料に対応することができる。また、１つの試料につき、測定速度を変化させて曳糸長を測定することにより、測定速度と曳糸長との相関を求めたり、曳糸長が最長となる時の測定速度を求めたりして、試料に含まれる成分やその配合量等を特定することもでき、機能性、実用性に優れる。

本発明の一実施の形態に係る曳糸性測定装置を示す正面図である。同装置の試料皿及び接触子を移動させた状態を示す側面図である。同装置の正面カバーを取り外した状態を示す正面図である。同装置の正面カバーを取り外して試料皿及び接触子を移動させた状態を示す正面図である。同装置の要部拡大正面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図５に示す本発明の一実施の形態に係る曳糸性測定装置１０は、ゲル、コロイド、スラリーを含む種々の液状物又は粘稠性を有する流動物の粘性のパラメータとしての曳糸性を測定するための曳糸性測定装置である。
以下、曳糸性測定装置１０の詳細について説明する。
曳糸性測定装置１０は、図１〜図５に示すように、試料１１が収容される試料皿１２と、試料皿１２の初期位置で下端部が試料１１に接触するように保持される接触子１３を有している。接触子１３の先端（下端面）形状は、適宜、選択することができるが、例えば、平坦面、凸面、凹面等があり、凸面や凹面の形状は球面でも球面以外の湾曲面でもよい。また、それぞれの表面に必要に応じて、凹凸を設けてもよい。凹凸としては、例えば、１乃至複数の凸条又は凹溝を形成してもよいし、微小な凹凸を形成（例えば、梨地処理等）してもよい。なお、複数の凸条又は凹溝を形成する場合、平行に配置してもよいし、所定の角度で交差させてもよい。

曳糸性測定装置１０の筐体１４の内部には、図３、図４に示すように、試料皿１２と接触子１３を独立して昇降させるための第１、第２の昇降手段１５、１６が内蔵されている。第１、第２の昇降手段１５、１６は、それぞれ駆動モータ（例えばサーボモータ）１７、１８と、プーリ１９、２０を有しており、その間に動力伝達部材（タイミングベルト）２１、２２が巻回されている。また、筐体１４の幅方向中央には高さ方向に沿ってガイド部２３が設けられており、試料皿１２を保持する試料皿保持部２４と、接触子１３を保持する接触子保持部２５が、それぞれガイド部２３に摺動可能に保持されている。そして、試料皿保持部２４と接触子保持部２５は、それぞれ連結部２６、２７を介して動力伝達部材２１、２２に連結されている。よって、駆動モータ１７、１８を駆動することにより、試料皿保持部２４と接触子保持部２５をそれぞれガイド部２３に沿って摺動させ、試料皿１２と接触子１３を昇降させることができる。

ここで、筐体１４の正面カバー２８には、図１に示すように、ガイド部２３と平行にスリット部２９が設けられている。そして、試料皿保持部２４及び接触子保持部２５は、それぞれスリット部２９を貫通して筐体１４の正面（前面）側に突出する支持アーム部３０、３１を有しており、それぞれの先端に試料皿１２及び接触子１３が取り付けられている。よって、筐体１４の外部には、図２に示すように、支持アーム部３０、３１と試料皿１２及び接触子１３のみが露出しており、第１、第２の昇降手段１５、１６やガイド部２３等は筐体１４で保護することができる。なお、図３、図４では省略したが、第１、第２の昇降手段１５、１６を駆動、制御するために必要な電源や制御部も筐体１４に内蔵されている。また、曳糸性測定装置１０には、データ処理のために従来公知の演算器（即ちコンピュータ）を接続することができ、その演算器から、試料皿１２の下降速度や、接触子１３の上昇速度等の設定を行うことができる。但し、筐体１４の上面等に操作部を設け、操作部から試料皿１２の下降速度や、接触子１３の上昇速度等の設定を行うこともできる。

図１、図２、図５に示すように、曳糸性測定装置１０は、試料皿１２の初期位置で試料１１の切断を検知する光学検出手段３２を有している。この光学検出手段３２としては、透過形の光ファイバーセンサが好適に用いられる。透過形の光ファイバーセンサは、投光素子、受光素子、及び信号処理回路が内蔵され、筐体１４の内部に収容されるアンプユニット（図示せず）と、それに接続される投光側及び受光側の光ファイバーユニット３３、３４から構成される。各光ファイバーユニット３３、３４は、それぞれ光ファイバーケーブル３５、３６の先端に投光部及び受光部となるセンサ部３７、３８が取り付けられたものである。そして、センサ部３７、３８は、筐体１４の高さ方向中央部に、接触子１３を挟むように対向配置される。なお、センサ部３７、３８は、筐体１４の正面（前面）側に設けられたセンサ支持部４０で支持固定されており、光ファイバーケーブル３５、３６は、それぞれ筐体１４の側部を貫通して、筐体１４内に収容されたアンプユニットに接続されている。
また、筐体１４の底板部４１には５つの支持脚部４２が螺合されて上下動可能に設けられており、これにより、曳糸性測定装置１０を水平に設置することができる。このとき、曳糸性測定装置１０には水準器（水平器）を備えることが好ましい。なお、支持脚部４２の配置は、適宜、選択することができる。また、支持脚部４２の数は３つでも４つでもよい。

次に、曳糸性測定装置１０の使用方法について説明する。
まず、初期位置に配置された試料皿１２に測定対象となる試料１１を所定量収容する。そして、接触子１３の下端部を試料１１に接触させる（図１）。その後、駆動モータ１７、１８を駆動し、図５に示すように、試料皿１２を下降させると共に、接触子１３を上昇させると、試料１１の曳糸性により、試料皿１２と接触子１３との間に液柱４３が形成される。このとき、筐体１４の高さ方向中央部に固定されたセンサ部３７、３８を結ぶ光軸と液柱４３は直交しており、投光部側のセンサ部３７から投光される光４５は液柱４３で遮断されるが、試料皿１２の下降と接触子１３の上昇が進むにつれて液柱４３が細くなり、やがて切断（破断）する。液柱４３が切断されると、投光部側のセンサ部３７から投光された光４５が受光部側のセンサ部３８に到達するので、試料１１の切断を検知することができる。試料１１の切断を検知した時点で駆動モータ１７、１８の駆動を停止し、初期位置を基準とする試料皿１２の下降量と、接触子１３の上昇量から試料１１の曳糸長を測定することができる。

ここで、試料皿１２の下降速度と、接触子１３の上昇速度を合成した速度（測定速度）は、試料１１の物性（種類）や測定の目的に応じて、０．０５〜３０００ｍｍ／ｓ（好ましくは、１０００〜２０００ｍｍ／ｓ）の範囲で適宜、選択することができる。一般的に、液柱４３の切断位置は曳糸長の中間位置であるので、試料皿１２の下降速度と、接触子１３の上昇速度を同一にすれば、初期位置（センサ部３７、３８の取付位置）が液柱４３の切断位置となり、光学検出手段３２で液柱４３の切断を検知できる。なお、試料１１の特性や速定速度によっては、その位置が上方又は下方にずれることがあるが、この曳糸性測定装置１０では、試料皿１２の下降速度と、接触子１３の上昇速度が、独立して選択可能である。よって、液柱４３の切断位置が曳糸長の中間位置と異なる場合は、試料皿１２の下降速度と、接触子１３の上昇速度をそれぞれ選択することにより、液柱４３の切断位置を初期位置（センサ部３７、３８の取付位置）に一致させることができるので、センサ部３７、３８を移動させる必要はない。また、センサ部３７、３８の配置は左右逆でもよい。
なお、光学検出手段３２は、光４５の遮蔽物（液柱４３）がないときの光量（１００％）に対し、光４５が遮蔽されたと判断する閾値を１００分率で任意に設定することができる。これにより、画像処理で液柱４３の径（太さ）の判別を行う測定手段並みの高い精度で、極めて細い液柱４３の存在を検出することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、光学検出手段として、透過形の光ファイバーセンサの代わりに、反射形や回帰反射形の光ファイバーセンサを用いてもよいし、レーザーセンサを用いてもよい。また、上記実施の形態では、曳糸性測定装置を正面から見て向かって右側に第１の昇降手段を配置し、左側に第２の昇降手段を配置したが、左右逆に配置してもよい。また、第１、第２の昇降手段において、駆動モータとプーリの配置は上下逆でもよい。なお、筐体の前面に試料皿、接触子、及びセンサ部を覆う保護カバーを取り付けてもよい。保護カバーを着脱可能又は開閉可能とすることにより、曳糸性測定装置を使用しない時に、これらを保護して破損を防止することができ、搬送性や保管性に優れる。

１０：曳糸性測定装置、１１：試料、１２：試料皿、１３：接触子、１４：筐体、１５：第１の昇降手段、１６：第２の昇降手段、１７、１８：駆動モータ、１９、２０：プーリ、２１、２２：動力伝達部材、２３：ガイド部、２４：試料皿保持部、２５：接触子保持部、２６、２７：連結部、２８：正面カバー、２９：スリット部、３０、３１：支持アーム部、３２：光学検出手段、３３、３４：光ファイバーユニット、３５、３６：光ファイバーケーブル、３７、３８：センサ部、４０：センサ支持部、４１：底板部、４２：支持脚部、４３：液柱、４５：光

Claims

試料が収容される試料皿と、該試料皿を昇降させる第１の昇降手段と、初期位置にある前記試料皿の前記試料に下端部が接触するように保持される接触子と、前記第１の昇降手段と独立して該接触子を昇降させる第２の昇降手段と、前記初期位置で前記試料の切断を検知する光学検出手段とを有し、前記光学検出手段で前記試料の切断を検知した時の前記試料皿の下降量と、前記接触子の上昇量から前記試料の曳糸長を測定することを特徴とする曳糸性測定装置。
請求項１記載の曳糸性測定装置において、前記第１、第２の昇降手段が内蔵された筐体を有し、前記光学検出手段のセンサ部は、前記筐体の高さ方向中央部に固定されていることを特徴とする曳糸性測定装置。
請求項１又は２記載の曳糸性測定装置において、前記第１の昇降手段による前記試料皿の下降速度と、前記第２の昇降手段による前記接触子の上昇速度は、独立して選択可能であることを特徴とする曳糸性測定装置。
請求項１〜３のいずれか１項記載の曳糸性測定装置において、前記第１の昇降手段による前記試料皿の下降速度と、前記第２の昇降手段による前記接触子の上昇速度を合成した速度は、０．０５〜３０００ｍｍ／ｓであることを特徴とする曳糸性測定装置。