JPH0480638A - 流体の動粘度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はインク、ペイント、マニキュア等のような非ニ
ユートン流体における動粘度の測定装置であって、該動
粘度から流体の状態管理を行うことができる流体の動粘
度測定装置に関するものである。

（従来の技術） インク、ペイント、マニキュア等のような非ニユートン
流体はその粘度計測が剪断力の違いによって粘性値が変
化するため、行程中での粘度計測は剪断力を一定にさせ
る配慮が必要である。

又、流動を停止すると測定場所によって段階的な濃度変
化を示す傾向のものがあり、均一的な濃度で流体を制御
するには常に撹拌し、かつ流動させる必要がある。

更に、溶媒の蒸発による濃度変化も生じ、したがってイ
ンク、ペイント、マニキュア等の非ニユートン流体にお
いて之等を産業上利用するに当たっては、動粘度を指標
として流体の状態管理を行っていて動粘度値から溶媒を
添加したり主材料を添加したり、又流体の供給量を調整
したりしている。

従来のこの種の流体の動粘度測定方法としては、Ｊ　Ｉ
　Ｓ　Ｋ５４０２−１９７１で定められたフォードカッ
プを利用している。

フォードカップは滴下口のついた容器から一定量の流体
が滴下する時間を計測してその時間と動粘度との相関か
ら動粘度を測定し、その動粘度変化から状態変化を判定
する方法が行われている。

この時間の測定はカップからの滴下を目視し、ストップ
ウォッチを操作する人為的なものであ以上のような測定
方法の他に実開昭６３−６７９５９号公報や特開昭５６
−１３５０７０号公報に示されたような粘度の測定方法
がある。実開昭６３−６７９５９号公報のものは、動粘
度針内の液の有無を光電素子によって検出し、一定間隔
の２点間Ｓこおける液面の通過時間を測定してその時間
から動粘度を測定するものである。又、特開昭５６−１
３５０７０号公報のものは、自然滴下する回収インクの
滴下頻度を計数し、インクの粘度を測定するものである
。

（発明が解決しようとする課題） 従来のフォードカ・ンプを用いた測定方法は人為的動粘
度の測定方法であって、時間測定に人為的判断力が介在
し、測定者によって誤差が生じ、かつ測定者の経験に左
右されるものであった。又、測定には時としてカップを
操作する人間と、時間を測定する２名の要員が必要であ
った。

又、実開昭６３−６７９５９号公報のものでは人為的誤
差は減少できるが、測定方法がバッチタイプのものとな
り測定のための人為的操作が必要である。人為的操作部
分を自動開閉バルブやタイマーを利用して制御すること
は可能であるが、測定機器が大袈裟となり設置スペース
や費用の問題がでてくる。

又、測定装置として透明のものを使用しても被測定流体
が光の透過性の高い流体である場合、液面を検出できず
誤差が生じ易い。これには、浮遊体を利用する等の対策
が必要となる。

更に、一定の粘性を備えた流体においては測定装置内に
おける流体の付着によって誤差を生じることは避けられ
ない。

特開昭５６−１３５０７０号公報のものでは、自動的に
粘度を測定するに際し、流体の滴下頻度を計測している
が、この場合流体の流量や流速による影響を考慮する必
要がある。つまり、流体が大量に連続して流れ始めると
滴下状態でなくなり測定不可能である。したがって、こ
れは微小流量の測定に限られるものである。

以上の如く、従来の流体の動粘度の測定方法には種々の
欠点があり、２等欠点を解消する提案が要請される。

ところで、流体の動粘度を測定する現場において、イン
ラインで行う必要がある大規模工業ではインライン測定
を可能とした方法を考慮しなければならないが、小規模
工業では流体タンクにおける流体動粘度が簡単に測定さ
れればよく、したがって従来はフォードカップを用いて
いたが、フォードカップを用いた測定には人為的誤差を
解消する提案がなかった。

したがって、本発明はとくにフォードカップを用いた測
定に当たって人為的誤差をなくすることのできる流体の
動粘度測定装置をうろことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は以上のような目的を達成するため、次のような
流体の動粘度測定装置を提供するものである。

すなわち、流体が容器底部の小径開口から滴下する滴下
時間を測定し、その滴下時間と動粘度との相関関係から
流体の動粘度を測定するものであって容器内に流体の液
面を検出する検出端を配置した流体の動粘度測定装置で
ある。

その具体的装置としては、流体の液面を検出する２つの
検出端が発熱体であると共に発熱体自体の温度もしくは
流体の温度を測定することが可能に構成された流体の動
粘度測定装置である。

又、容器に液面の検出端が配置されると共に該検出端の
リード線を案内する支持管の一方端に容器が配置され、
支持管の他方端には検出端により検出される流体の液面
の通過時間を計測し、その時間もしくは２つの検出端の
通過時間差を表示する制御部分が配置された流体の動粘
度測定装置である。

更に、検出端の温度測定により測定時の流体の温度を表
示し及び／又は検出端の測定時間に対し温度補正を行っ
た動粘度を表示する制御部分を内蔵する流体の動粘度測
定装置である。

（作用） 滴下口の付いた容器から一定量の流体が滴下する時間を
容器内の上部センサーから下部センサーに到る液面の経
過時間から測定巳、その時間と動粘度との相関関係から
動粘度を測定巳、動粘度変化から状態変化を判定するも
のである。

（実施例） 以下、図面に示す実施例について説明する。

（１）は底部に小径の滴下口（２）を有する測定容器で
あって、固定具（３）を介して支持管（４）に固定され
、支持管（４）の上部に制御部ボックス（５）がある。

制Ｊ　ｉＢボックス（５）には握り穴（６）があり、こ
れに握り棒（７）が横架されている。

握り穴（６）には測定スイッチ（８）があり、制御ボッ
クス（５）の前面には電源スィッチ（８ａ）、補正温度
設定スイッチ（９）、電源ハツチリカバー（１０）があ
り、更にタイマー表示窓（１１）　、温度表示窓（１２
）がある。

測定容器（１）には上部センサー（１３）と下部センサ
ー（１４）とがあり、リード線（Ｌｌ）（Ｌ２）を介し
て制御ボンクス（５）に接続されている。センサーとし
ては通電式、静電容量式のセンサーの他、本発明では本
出願人が提案している細線加熱法を用いる発熱体センサ
ーを用いるものである。

すなわち、平成１年特許願第３５６４８号に示されたセ
ンサーは第９図の如くコイル状の発熱体（１５）の中央
部に蛇行状の温度検出素子（１６）を配置し、これらの
間に良熱絶縁体（１７）が介在されていて、これらが保
護管（１９）内に納められている。（１５ａ）　（１６
ａ）はそれらのリード線である。

そして、流体が経時的に変化しない場合、第１０図の如
く流体の貯槽（２０）にセンサー（１８）を浸漬し、発
熱体用電源（２１）から発熱体（１５）に電流を送り、
温度検出素子（１６）で検出されたものを温度変換器（
２２）で温度に変え、センサーの温度とするもので、セ
ンサーの発熱前のセンサーの温度を流体の温度とするも
のである。

本発明のものは、以上のようなセンサーを上部センサー
（１３）と下部センサー（１４）に用い、測定容器内の
一定量の流体が滴下口（２）から滴下する時間を液面が
センサー間に通過する時間で測定する。

しかして、流体中でセンサーが発熱しない状態では単な
る測温抵抗体として利用し流体の温度計測を行う。

センサーが発熱し始めると流体への熱移動が開始される
が、一定の発熱量で発熱を継続し、かつ流体の組成や粘
性が変化しない時は発熱による流体へ熱伝達が一定とな
り、定常状態を形成する。

この定常状態は発熱体の温度を計測しつづけると一定の
計測値になることがら知ることができる。

そして、本発明の場合、液体の定常状態が大気の定常状
態と大きく異なることがらセンサーが液体に接触してい
る時と大気開放された時の発熱体の温度変化を計測する
ことで上下のセンサー各々において流体と接触している
かいないかを判定することとなる。

上下のセンサーの判定差が滴下時間を正確に計測するこ
とを可能とする。図示の上部センサー　（１３）が測定
容器（１）の口縁より幾分下げであるのは流体における
定常状態の安定を図るためである。

次に、制御ボンクス（５）における補正温度設定スイッ
チ（９）の働きについて述べると次のようである。

すなわち、流体の温度は一定でないため、温度換算をし
た動粘度を計測する必要がある。測定容器（１）、つま
りフォードカップを利用する本発明の場合、動粘度を直
接表示するよう制御回路を組み込めば温度換算した動粘
度で表示される。

しかし、図示のものは滴下時間を表示窓（１１）に表示
するものの例である。これは、軽量化のためで温度換算
は滴下時間を補正することになる。

補正温度設定スイッチ（９）で２５°Ｃを指示すれば、
流体が何度であっても２５°Ｃの滴下時間乙こ補正して
表示される。

又、温度設定スインチ（９）をＯＦＦの状態にしておけ
ば流体のその時の温度における実測滴下時間を表示する
ことになる。

次に、測定スイッチ（８）は発熱体センサー（１８）の
発熱始動を指示する。その際、制御ボックス（５）の握
り穴（６）に手を差し込んで握り棒（７）を握った手で
操作できる。

発熱体センサー（１８）は前述したように、発熱体用電
源（２１）から発熱体（１５）に電流を送り、温度検出
素子（１６）で検出されたものを温度変換器（２２）で
温度に変え、センサーの温度とするものでセンサーの発
熱前のセンサーの温度を流体の温度とするものであるか
ら、測定スイッチ（８）がＯＮ以降は発熱体センサー（
１８）つまりセンサー（１３）（１４’）は発熱すると
共に自己の温度を計測し始める。

測定スイッチ（８）がＯＦＦ状態では発熱前のセンサー
の温度であるから流体温度測定状態である。

さて、以上のような測定装置を用いて流体の動粘度を測
定するに当たっては第４図（Ａ）で測定装置の電源をＯ
Ｎにする。第４図（Ａ）は測定装置が測定液槽（３３）
に浸漬されていない場合であって、このときセンサーは
大気温度を測定するところの流体温度測定状態となる。

第４図（Ｂ）で測定装置の測定容器（１）を測定液槽（
３３）に浸漬する。

したがって、液体の温度を測定することになる。すぐこ
れを持ち上げると測定容器（１）の滴下口（２）から滴
下が始まり、第４図（Ｃ）で液面の移動により（１３）
　（１４）間の滴下時間を計測する。滴下終了後、第４
図（Ｄ）で表示窓（１１）　（１２）の表示を読みとり
電源をＯＦＦにする。

以上のような動作を具体的に第５図のフローチャートと
横軸に時間を縦軸にセンサーの温度を示す第８図を参照
して説明すると、第５図において測定装置の電源スイン
チ（８ａ）を用いて電源をＯＮとする。

この場合、センサーが発熱していないので、単なる測温
抵抗体として働き大気の温度計測が行われる。第８図に
お−するＡ区間がそれである。

次に、第４図（Ｂ）の如く測定せんとする液体槽（３３
）の液中に測定容器（１）を浸漬する。

すると、第５図の如く両センサー（１３）　（１４）の
液体の温度計測（２３）が始まり、制御ボックス（５）
の制御部に記憶される。かかる状態が第８図Ｂ区間であ
る。

そして、Ｂ区間の終わりで測定容器（１）に液体を満た
したまま引上げて測定スインチ（８）をＯＮとしてスタ
ート信号を入力（２４）する。

スタート信号が入力（２４）されると、タイマーがリセ
ン）　（２５）され、両センサーに通電加熱（２６）が
行われる。

通電加熱が行われるとセンサーが発熱し液体へ熱移動が
開始されるが、一定の発熱量で発熱が継続し、かつ液体
の組成や粘性が変化しないので、発熱による液体の熱伝
達が一定となり、第８図に示す１．．１２なる定常状態
を形成する。Ｌｌは上部センサー（１３）であり、Ｌ２
は下部センサー（１４）である。

そして、液面が低下して上部センサー（１３）を液面が
通過するとセンサーは液体温度から大気温度に変わるか
ら、第５図に示す上部センサー出力読取変曲点、すなわ
ち第８図（ａ）に示す液体の定常状態温度ｔ１から大気
の定常状態温度ｔ３に変わる変曲点が検出（２７）され
る。

そして、タイマーがスタート（２８）　Ｌ、次の下部セ
ンサー（１４）に液面が通過すると上部センサー（１３
）と同様に下部センサー出力読取変曲点、すなわち第８
図（ｂ）に示す液体の定常状態温度Ｌ２から大気の定常
温度ｔ４に変わる変曲点が検出（２９）される。次に、
タイマーがストップ（３０）　してタイマーデータの読
取り（３１）が行われ、温度補正が行われて温度とタイ
マーの出力値（３２）が表示窓（１１）　（１２）に表
示される。しかして、変曲点ａ、ｂ間が滴下時間であり
、第８図のＣ区間は第４図（ｃ）の状態である。

第７図は第８図のＣ区間の状態を実際に測定した結果を
示すセンサー出力値と滴下時間との関係を示す図である
。

以上のようにして滴下時間を求め、これを第６図のよう
な滴下時間と動粘度の関係を示す図から動粘度を出す。

第６図のものは組成の異なるインキにおいても滴下時間
と動粘度の間に一定の相関のあることを示している。

以上の如（本発明の測定装置は構成されているが測定容
器（１）を液体槽（３３）から引上げる際、上部開口か
ら液体が浴出する。

この浴出液体が下部滴下口（２）からの液体滴下に影響
しないように測定容器（１）に第３図（イ）のようなス
カート（３４）を設けるか、第３図（ロ）のような滴下
口（２）を遮蔽する鍔（３５）を設けることが望ましい
。

又、液体の滴下速度は滴下口（２）の径に依存しており
、目的の流体に合わせて径の異なる測定容器（１）を用
いると共に、滴下口（２）の径は調節可能なものであっ
てもかまわない。

更に、滴下口は操作可能な弁で閉鎖し、流体を測定容器
（１）に入れたのち容器外壁を流下する流体の影響がな
くなってから弁を開放して測定するものでもよい。

前述した如く本発明の例では、浴出流体の影響を無視で
きるように上部センサーの位置を一定長だけ測定容器（
１）上部開口より離してあり、測定が容器を持ち上げて
すぐ開始されないようにしである。

測定容器の容積は可変調節できるものであっても構わな
い。その方法の１つとしては容器内にボールや円錐体の
ような一定の容積体を挿入することが考えられる。

その他、滴下口を装着自在に構成し、流体に合わせて滴
下口を変更可能とすれば一台の装置を多種流体に併用で
きてよい。

何れにしても上部センサーは液面の通過により時間測定
を開始するものであり、下部センサーは液面の通過によ
り時間測定を終了するものである。

又、センサーに細線加熱法によるセンサー、つまり測定
中において流体の温度を測定すると共に、発熱しかつ自
己の発熱体温度を計測するものを用いると、温度による
動粘度の補正を行うのに都合が良い。

本発明の思想を利用し、フォードカップに温度計と通電
式や静電容量式の高レベル検出端と低レベル端を配置し
高レベル検出と低レベル検出の時間差を計測し、さらに
温度計による温度値で補正を加えるという従来技術によ
る組み合わせの装置を構成することも可能であるが、こ
の場合フォードカップへの検出端数が多くなり、フォー
ドカップの洗浄が困難になることを覚悟しなければなら
ない。

しかしながら、かかる場合も本発明の範晴に入るもので
本発明の精神の範囲内において任意に設計変更しうるち
のである。

（発明の効果） 本発明のものによれば、測定容器内の液面がセンサー間
を通過する時間を滴下時間として測定するものであり、
センサーとして流体の温度を測定すると共に、発熱しか
つ自己の発熱体温度を計測できる細線加熱法によるセン
サーを用いることにより温度による補正を加えた上での
測定が可能である。

又、時間測定に人為的操作がなく自動的で誰が測定して
も同じ結果かえられる。

このため、反復測定による測定値の平均をとるなどして
安全を図るなどの操作が不必要で、測定が単独で誤差な
く行なえるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の斜面図、 第２図は本発明装置の正面図、 第３図（イ）（ロ）は測定容器部分断面図と滴下口部分
の断面図、 第４図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ　）は本発明装置の使用
状態説明図、 第５図は本発明装置の操作の流れのフローチャート、 第６図は滴下時間と動粘度の関係図、 第７図はセンサー出力値と滴下時間との関係を示す実測
値図、 第８図はセンサー出力値と操作時間との関係図、 第９図はセンサーの断面図、 第１０図はセンサー使用状態図である。 （１・・・・・測定容器 （２・・・・・滴下口 （５・・・・・操作ボックス （６・・・・・握り穴 （７・・・・・握り棒 （８）・　・・・　・測定スイッチ （８ａ）・・・・・電源スィッチ （９）・・・・・補正温度設定スイッチ（１１）・・・
・・タイマー表示窓 （１２）・・・・・温度表示窓 （１３）・・・・・上部センサー （１４）・・・・・下部センサー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体が容器底部の小径開口から滴下する滴下時間
   を測定し、その滴下時間と動粘度との相関関係から流体
   の動粘度を測定するものであって、容器内に流体の液面
   を検出する検出端を配置した流体の動粘度測定装置。
2. （２）流体の液面を検出する２つの検出端が発熱体であ
   ると共に発熱体自体の温度もしくは流体の温度を測定す
   ることが可能に構成されたことを特徴とする請求項（１
   ）に記載の流体の動粘度測定装置。
3. （３）容器に液面の検出端が配置されると共に該検出端
   のリード線を案内する支持管の一方端に容器が配置され
   、支持管の他方端には検出端により検出される流体の液
   面の通過時間を計測し、その時間もしくは２つの検出端
   の通過時間差を表示する制御部分が配置されたことを特
   徴とする請求項（１）（２）記載の流体の動粘度測定装
   置。
4. （４）検出端の温度測定により測定時の流体温度を表示
   し、及び／又は検出端の測定時間に対し温度補正を行っ
   た動粘度を表示する制御部分を内蔵する請求項（１）（
   ２）（３）に記載の流体の動粘度測定装置。