JPWO2013180245A1

JPWO2013180245A1 - 粘度計

Info

Publication number: JPWO2013180245A1
Application number: JP2014518740A
Authority: JP
Inventors: 雅弘大澤
Original assignee: TENRYUSEIKI CO., LTD.
Current assignee: TENRYUSEIKI CO., LTD.
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: JP6086907B2; CN104272085B; WO2013180245A1; CN104272085A

Abstract

シンプルな構成で流体の粘度特性を測定する粘度計を提供することを目的とする。粘度計１０は、流体１３を収容する容器１２と、容器１２と連通して、流体１３を押圧するガス（例えば、エア）を容器１２に送り込むガスユニット１００と、容器１２と連通して、ガスで押圧された流体１３を吐出する測定用ニードル１１Ａと、流体１３を押圧する際のガス圧およびガス流量から、流体１３の粘度特性を算出する算出機能を含むコンピュータ部１４とを備える。ガスユニット１００は、ガス圧を調整する電空レギュレータ２１と、ガス流量を測定する流量計１０１とを備える。コンピュータ部１４の算出機能は、レギュレータ２１によりガス圧を変化させた際の、ガス流量の変化から流体１３の粘度特性を算出する。

Description

本発明は、粘度計に適用して有効な技術に関する。

特開平９−３２９５３９号公報（特許文献１）には、液体の粘度を測定する毛細管式粘度計に関する技術が記載されている。また、特開平１１−０９４７２５号公報（特許文献２）には、毛細管式粘度計を用いて、流動性のある練土の可塑性を測定する技術が記載されている。

毛細管式粘度計は、毛細管内で測定対象の流体を通過させて、流体に加える圧力とその際の流量との関係から粘度特性（流体特性ともいう。）を測定することができるものである（例えば、特許文献２の明細書の段落［００２１］−［００２４］参照）。なお、他の粘度計としては、トルク式（回転式）もあるが、毛細管式より構造が複雑で高価である。

特開平９−３２９５３９号公報特開平１１−０９４７２５号公報

分散流体は、ずり速度（剪断速度ともいう。）とずり応力（剪断応力ともいう。）との関係（すなわち、粘度特性）により、ニュートン流体（ニュートン液体ともいう。）と非ニュートン流体（非ニュートン液体ともいう。）とに大別される。ずり速度とずり応力とが、比例関係であればニュートン流体（粘度特性はニュートン特性を示す。）であり、比例関係でなければ非ニュートン流体（粘度特性は例えばチキソトロピック特性を示す。）となる。

なお、毛細管式粘度計は、例えば、分散流体を回転させながら測定可能なトルク式とは異なり、非ニュートン流体の粘度特性の測定に適さないという既成概念がある。これは、毛細管式を用いた場合、固形粒子の大きさが無視できないほどの微小流路（すなわち毛細管が小径）では固形粒子の詰まりが発生するため、分散流体の粘度特性が固形粒子の大きさに依存する（以下、固形粒子の分散流体流路に対する大きさ依存性ともいう。）ためである。

ところで、分散流体の製造メーカからは、所定条件での粘度特性が製品仕様書に示されて提供されているが、分散流体を用いるユーザの使用条件にマッチングした粘度特性が記載されていないのが一般的である。このように製造メーカから提供される粘度特性は、前述したように、トルク式粘度計を用いて測定されたものと考えられる。

このため、分散流体を用いるユーザ側では、製品に設けられた微小流路に対する分散流体を設計する場合、所要の粘度特性が得られているか、実用試験を行わなければならなかった。例えば、半導体製造分野において、クリームはんだ印刷をする場合、はんだメーカから提供された粘度特性からではクリームはんだが印刷マスクの開口部に十分に埋め込まれるか（いわゆる滲み不良が発生するか）判断できず、実用試験を行う必要があった。

このように、従来の毛細管式やトルク式の粘度計においては、固形粒子の分散流体流路に対する大きさ依存性を分散流体の粘度特性から定量的に考察することまで考慮して製造されていない。このため、分散流体を用いるユーザ側からは、自身の使用条件に適した分散流体の粘度特性を測定できる粘度計が求められている。

また、特許文献２に記載の粘度計は、キャピラリ（毛細管）内で測定対象の流体を通過させてその際の流量（つまり、流体自体の流量）から粘度特性を測定するものである。しかしながら、キャピラリから吐出された流体がキャピラリ先端にどうしても残存（付着）してしまうため、流体の流量をより正確に直接測定するためには、キャピラリ先端に残存する流体を除去する処理が必要となる。このため、残存流体を除去する機構を設けず、シンプルな構成の粘度計が求められている。

本発明の目的は、シンプルな構成で流体の粘度特性を測定する粘度計を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明に係る粘度計は、流体を収容する容器と、前記容器と連通して、前記流体を押圧するガスを前記容器に送り込むガスユニットと、前記容器と連通して、前記ガスで押圧された前記流体を吐出する測定用ニードルと、前記流体を押圧する際のガス圧およびガス流量から、前記流体の粘度特性を算出する算出機能を含むコンピュータ部とを備えることを特徴とする。

このように、ガス流量を流体の流量とみなすことで、流体の粘度特性を測定することができ、流体の流量を直接測定しない構成であるため、粘度計をシンプルに構成することができる。

本発明に係る粘度計において、前記測定用ニードルとして選択される、互いに内径の異なる複数のニードルを備え、前記算出機能により前記複数のニードルのそれぞれにおける前記流体の粘度特性を算出し、前記内径に依存した前記流体の粘度特性を測定することが好ましい。

これによれば、互いに内径の異なる複数のニードルのそれぞれの流体の粘度特性を測定することで、流体の流路径をそれぞれ変化させたときの粘度特性を得ることができる。したがって、流体の固形粒子の大きさが流体の流路に及ぼす影響、すなわち固形粒子の流体流路（ニードル内径）に対する大きさ依存性を測定することができる。

また、本発明に係る粘度計において、前記ガスユニットは、前記ガス圧を調整するレギュレータと、前記ガス流量を測定する流量計とを備え、前記算出機能は、前記レギュレータにより前記ガス圧を変化させた際の、前記ガス流量の変化から前記流体の粘度特性を算出することが好ましい。

これによれば、レギュレータおよび流量計の測定精度から、粘度計の測定精度を決定することができる。また、マスフローコントローラを備えた粘度計より低廉な粘度計を提供することができる。

また、本発明に係る粘度計において、前記ガスユニットは、前記ガス流量を調整するマスフローコントローラと、前記ガス圧を測定する圧力計とを備え、前記算出機能は、前記マスフローコントローラにより前記ガス流量を変化させた際の、前記ガス圧の変化から前記流体の粘度特性を算出することが好ましい。

これによれば、マスフローコントローラおよび圧力計の測定精度から、粘度計の測定精度を決定することができる。また、レギュレータを備えた粘度計より高精度の粘度計を提供することができる。

また、本発明に係る粘度計において、前記測定用ニードルが被洗浄ニードルとして付け替えられ、前記被洗浄ニードル内に溶剤を供給して前記被洗浄ニードルを洗浄する洗浄用アダプタを備えるが好ましい。

これによれば、測定した後の測定用ニードル、すなわち被洗浄ニードル内に残存している流体を除去することもできる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明によれば、シンプルな構成で流体の粘度特性を測定する粘度計を提供することができる。

本発明の一実施形態における粘度計の構成を説明するための図である。本発明の一実施形態における粘度計の組立構成を説明するための図である。本発明の一実施形態における粘度計の組立構成を説明するための図である。本発明の一実施形態における粘度計の組立構成を説明するための図である。本発明の一実施形態における粘度計の組立構成を説明するための図である。本発明の一実施形態における粘度計の組立構成を説明するための図である。本発明の一実施形態における粘度計の組立構成を説明するための図である。本発明の一実施形態における粘度計の組立構成を説明するための図である。分散流体の粘度特性の一例を説明するための図である。分散流体の粘度特性の他の例を説明するための図である。分散流体の粘度特性の他の例を説明するための図である。本発明の他の実施形態における粘度計の構成を説明するための図である。本発明の他の実施形態における粘度計の構成を説明するための図である。

以下の本発明に係る実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。

［実施形態１］
まず、本発明の実施形態における粘度計１０の構成について、図１〜図８を参照して説明する。図１は、粘度計１０の構成を説明するための図である。図２〜図８は、粘度計１０の組立構成を説明するための図である。

図２〜図７では、本体５０からパチン錠６１によって前面カバー５１（図８参照）を取り外し、蝶番６２によって回動カバー５２を開いた状態を示している。また、図３では、ニードル収納ケース５４の上面カバー５５（図６参照）を取り外した状態を示している。また、図４〜図７では、センサカバー５３（図２参照）を取り外した状態を示している。粘度計１０は、各種機器が装備された本体５０の底部の四隅にそれぞれ設けられたゴム製の足５６と、本体５０の上部に設けられた把手６０とを備えており、安定して測定できるとともに、ポータブル性に優れたものとなっている（図８参照）。

さて、本実施形態における粘度計１０は、流体１３を押圧して測定用ニードル１１Ａ（毛細管）から吐出させて流体１３の粘度特性を測定する毛細管式である。また、流体１３は、樹脂部（例えば、高分子材料から構成される。）に固形粒子（例えば、チキソ剤から構成される。）を分散させてなる分散流体である。なお、図１では、説明を明解にするために、流体１３にハッチングを付している。

粘度計１０は、測定用ニードル１１Ａとして選択される、互いに内径φの異なる複数のニードル１１と、測定用ニードル１１Ａが連通して取り付けられ（装着され）、流体１３を収容する容器１２とを備えている。図３に示すように、複数のニードル１１は、ニードル収納ケース５４に収納され、選択されたニードル１１（測定用ニードル１１Ａとなる。）が取り出されて、容器１２に取り付けられる。

複数のニードル１１としては、例えば、内径φが１．６０ｍｍ、１．３７ｍｍ、１．１９ｍｍ、１．０７ｍｍ、０．８４ｍｍ、０．６９ｍｍ、０．６０ｍｍ、０．５１ｍｍ、０．４１ｍｍ、０．３４ｍｍ、０．２６ｍｍ、０．２１ｍｍ、０．１８ｍｍと異なる１３本が用意される。後述するが、測定用ニードル１１の内径φは、測定対象の流体１３の粘度特性を算出するのに参照される。また、各ニードル１１の長さＬは、例えば、２０ｍｍである。なお、ニードル１１の内径φ（０．１８〜１．６０ｍｍ）、長さＬ（２０ｍｍ）、本数（１３本）はこれらに限られるものではない。

粘度計１０においては、各ニードル１１を毛細管現象が起こる毛細管として用いている。各ニードル１１の他端は、容器１２と連通して取り付けられるように、ネジ止め可能となっている。ネジ止めの構成とすることで、測定用ニードル１１Ａとして、複数のニードル１１から選択された一つを簡単に容器１２に取り付け、取り外しすることができる。すなわち、複数のニードル１１同士を簡単に交換することができる。

容器１２は、シリンジ型をしており、その小口径の先端（一端）が測定ニードル１１Ａと連通して接続され、大口径の他端が測定用アダプタ１５と接続される。容器１２の内部では、先端側に詰めて収納された流体１３が、プランジャ１６によって押圧されるようになっている。

プランジャ１６は、容器１２の他端（上部）側から容器１２内に圧力（圧力値Ｐを示す。）を調整して供給されたエアによって、押圧されて移動する。このため、容器１２と測定用アダプタ１５とは、容器１２の内部までエアが供給されるように連通して接続されている。なお、容器１２内へ供給されるエアの圧力値Ｐは、流体１３を押圧する圧力値Ｐでもあり、測定対象の流体１３の粘度特性を算出するのに参照される。

この測定用アダプタ１５は、エア供給源２０（例えば、最大４００ｋＰａ）からのエア供給を受けるため、エア供給源２０とエア流路ＡＤ１で接続されている。そして、粘度計１０は、エア流路ＡＤ１の中途に設けられた、電空レギュレータ２１と、電磁バルブ２２と、圧力計２３とを備えている。なお、電空レギュレータ２１を含む粘度計１０の電力供給は、主電源スイッチ６３（図２参照）のＯＮ、ＯＦＦによって行われる。

電空レギュレータ２１は、容器１２内へ供給するエアの圧力値Ｐを調整する、すなわち、流体１３を押圧する圧力値Ｐを調整するものである。また、電磁バルブ２２は、エア流路ＡＤ１の開閉を行うものである。また、圧力計２３は、電空レギュレータ２１の下流に設けられ、容器１２内へ供給するエアの圧力値Ｐを測定するものである。なお、圧力計２３の測定値（圧力値Ｐ）は、表示装置６４に表示させることもできる。

また、粘度計１０は、測定用ニードル１１Ａの先端側に設けられた光電センサ２５、２６（図１参照）を含んで構成されるエリアセンサ３０（図４参照）と、エリアセンサ３０を覆うセンサカバー５３（図２参照）とを備えている。光電センサ２５、２６は、受光部および発光部から構成されている。そして、光電センサ２５、２６は、測定対象が受光部と発光部との間を通過して発光部からの光が遮断されたときの変化を信号として検出するものである。また、センサカバー５３には、測定用ニードル１１Ａの先端を通す窓部５３ａが設けられている。

図１に示すように、光電センサ２５と光電センサ２６は一定の間隔Ｄ（例えば、１０ｍｍ）だけ離隔させて設けられている。すなわち、光電センサ２５が測定用ニードル１１Ａから吐出された流体１３の間隔Ｄの起点に設けられ、光電センサ２６が間隔Ｄの終点に設けられる。なお、間隔Ｄ（１０ｍｍ）は、これに限られるものではない。

これら光電センサ２５、２６を一対として、エリアセンサ３０は、測定用ニードル１１Ａから吐出された流体１３の通過時間Ｔを測定するものである。対をなす光電センサ２５、２６からの測定信号は、コンピュータ部１４で同期をとって参照されることにより、流体１３が通過する通過時間Ｔに変換される。粘度計１０においては、センサカバー５３を設けているので、エリアセンサ３０で流体１３の通過時間Ｔを測定するにあたり、外乱（例えば、空気流）が及ぼす影響を低減することができ、より高精度の測定結果を得ることができる。

この通過時間Ｔは、測定用ニードル１１Ａから吐出された流体１３の見掛けの流量Ｑ’を算出するのに参照される。見掛けの流量Ｑ’は、一定間隔をなす一対の光電センサ２５、２６の間を流体１３が通過する時間Ｔと測定用ニードル１１Ａの内径φで算出したものを指す。

実際には、測定用ニードル１１Ａの先端から流体１３が吐出された瞬間に、流体１３は縮流を起こすことから、流体１３の流路径（吐出径ともいう。）は、測定用ニードル１１の内径φよりも小さくなり、縮流の程度は流体１３に含まれている固形粒子によって決定される。しかし、粘度計１０は、見掛けの流量Ｑ’を参照して、コンピュータ部１４によって流体１３の粘度特性を算出（測定）する構成としている。このため、粘度計１０は、実際の流体１３の流路径を測定する必要がない、簡単な構成となっている。

図１に示すように、エリアセンサ３０を構成する光電センサ２５、２６は、インターフェースモジュール２４を介して、コンピュータ部１４と信号線路で接続されている。また、前述した電空レギュレータ２１、電磁バルブ２２および圧力計２３も、インターフェースモジュール２４を介して、コンピュータ部１４と信号線路で接続されている。そして、粘度計１０が備えるコンピュータ部１４は、電空レギュレータ２１により圧力値Ｐを変化（例えば、４０ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲）させた際の、測定用ニードル１１Ａから吐出した流体１３の見掛けの流量Ｑ’を算出する算出機能を含んでいる。

このコンピュータ部１４からは、電空レギュレータ２１へエア供給量を調整する制御信号が出力（例えば０〜５Ｖ出力）される。また、コンピュータ部１４からは、電磁バルブ２２へエア流路を開閉する制御信号が出力される。そして、コンピュータ部１４へは、圧力計２３から圧力値Ｐの測定信号が入力（例えば１〜５Ｖ入力）される。

また、コンピュータ部１４へは、光電センサ２５、２６から測定信号が入力（デジタル入力）される。そして、コンピュータ部１４と光電センサ２５、２６とを結ぶ信号線路の中途には、信号を増幅させるためのセンサアンプ２５Ａ、２６Ａが設けられている。このように対をなす光電センサ２５、２６からの測定信号は、コンピュータ部１４で同期をとって参照されることにより、流体１３が通過する通過時間Ｔに変換される。

そして、コンピュータ部１４の算出機能は、測定ニードル１１Ａから吐出した流体１３の圧力値Ｐ、通過時間Ｔ、見掛けの流量Ｑ’から、測定用ニードル１１の内径φを流体１３の流路径として流体１３の粘度特性を算出する。

このように、本実施形態における粘度計１０は、流体１３を、容器１２を介して圧力値Ｐを制御したエアを加え、測定用ニードル１１Ａ内を通過する見掛けの流量Ｑ’を測定し得る装置である。そして、粘度計１０は、測定したデータ（圧直値Ｐ、見掛けの流量Ｑ’）からレオロジー方程式を求め、粘度特性（ずり速度−ずり応力特性）を決定するコンピュータ部１４を備える構成となっている。

なお、粘度計１０のコンピュータ部１４としては、接続ケーブル（信号線路）によって本体５０と外部で接続されたノートパソコンを用いることができる。これに限らず、本体５０の内部でコンピュータ部１４を接続することもできる。

ここで、流体１３の粘度特性について、容器１２内の流体１３に印加したエアの圧力値Ｐと、見掛けの流量Ｑ’を測定することにより、算出することができることを説明する。

まず、流体１３の実際の流量Ｑと、印加した圧力δＰの関係は、次の（１）式のようになる。ここで、ｎはべき法則のｎ乗、η^０は樹脂部（溶媒）の粘度、Ｒは測定用ニードル１１Ａの内径φの半径、Ｌは測定用ニードル１１Ａの長さである。

Q={(n+1)/(3n+1)}πR³{n/(n+1)}R^(n+1)/n(1/2η⁰)^1/n(δP/L)^1/n （１）

また、流体１３の実際の流量Ｑと、見掛けの流量Ｑ’の関係は、次の（２）式のようになる。なお、（２）式は、縮流が分散流体のｎ値によって一義的に決定されるために成り立つ。

Q=√(2n+1)/(3n+1)Q’ （２）

（２）式を（１）式に代入し、整理すると、次の(３)式が得られる。

Q’=CδP^1/n （３）
但し、C=(1/K){(n+1)/(3n+1)}πR³{n/(n+1)}R^(n+1)/n(1/2η⁰)^1/n(1/L)^1/nは、定数となる。

（３）式から、横軸にエアの圧力値（δＰ）を取り、縦軸に見掛けの流量（Ｑ’）を取ってｌｏｇ−ｌｏｇのグラフにプロットすると直線が得られ、この直線の傾きから、流体１３のｎ値が決定しうる。

ところで、測定用ニードル１１Ａの壁面におけるずり応力τｗとずり速度γｗは、次の（４）、（５）式のようになる。

τw=RδP/2L （４）

γw={(3n+1)/n}Q/πR³ （５）

前述したように、圧力値Ｐと見掛けの流量Ｑ’からｎ値が求まると、（４）式と（５）式から測定用ニードル１１Ａの壁面におけるずり応力τｗとずり速度γｗが求まる。すなわち、コンピュータ部１４によって測定対象の流体１３の粘度特性（γｗ−τｗ特性）が算出されることになる。

このように、種々のエアの圧力値Ｐと、見掛けの流量Ｑ’から、コンピュータ部１４によって種々のずり速度γｗとずり応力τｗの値が算出され、粘度計１０によって測定対象の流体１３の粘度特性が測定されることとなる。また、この流体１３の粘度特性が測定されると、流体１３の指標値である、各ずり速度γｗのおける粘度値、チキソ指数、降伏値（図９中の矢印で示す、ずり速度γｗが０のときのずり応力τｗの値）も算出することができる。

ここで、同じ流体１３（例えば、固形粒子の平均大きさが３０μｍ程度のもの）に対して、異なるニードル内径φ（例えば、１．６０ｍｍ、１．０７ｍｍ）のニードル１１（測定用ニードル１１Ａ）を用いて測定した粘度特性（γｗ−τｗ特性）の例を、図９、図１０に示す。図９および図１０は、流体１３の粘度特性の例を説明するための図である。このうち、図９は、ニードル内径φが１．６０ｍｍの場合の粘度特性であり、図１０は、ニードル内径φが１．０７ｍｍの場合の粘度特性である。

図９の粘度特性は、通常のチキソトロピック特性（非ニュートン特性）を示しているが、図１０の粘度特性は、ニュートン特性を示している。これらの粘度特性は同じ流体１３であってもニードル内径φによって明らかに異なっている。図１０に示す結果は、流体１３に含まれている固形粒子の大きさが、流体１３の流路径（ニードル内径φ）に比較して大きく、測定ニードル１１Ａ内で詰まり現象を起こし、流体１３の樹脂部分のみが流動したものと考えられる。例えば、半導体製造分野において、クリームはんだ（分散流体）を印刷する場合、印刷マスクの開口部が小さくなると樹脂部の滲み不良が発生するが、図９、図１０が示す測定結果は、この現象を良く説明している。

このように、ニードル内径φを交換することで、流体１３中の固形粒子の大きさと流路径の大きさとの関係によって、流体１３の粘度特性がどのように変化しているかを解析することが可能となる。

さらに、粘度計１０の優位性を説明するために、固形粒子（平均大きさが３０μｍ）の詰まりが発生した際のニードル内径φを固定し（１．０７ｍｍ）、流体１３の固定粒子の平均大きさを４〜２４μｍと小さくして測定した粘度特性（γｗ−τｗ特性）の例を、図１１に示す。図１１は、流体１３の粘度特性の例を説明するための図である。

図１１の粘度特性は、図９の粘度特性と同様なチキソトロピック特性を示している。これは、詰まりが発生したニードル内径φであっても、流体１３の固形粒子の平均大きさを小さくすることで詰まりが解消し、チキソトロピック特性を示したものと考えられる。このことからも、図１０における粘度特性がニュートン特性として得られた原因は、流体１３の固形粒子の大きさによるものであることがわかる。

このように、粘度計１０は、コンピュータ部１４の算出機能により複数のニードル１１のそれぞれにおける流体１３の粘度特性を算出し、ニードル１１の内径φを流体１３の流路径として、流路径に依存した流体１３の粘度特性を測定することができるものである。

このように、互いに内径の異なる複数のニードル１１を交換することで、流体１３の流路径をそれぞれ変化させたときの粘度特性を得ることができる。したがって、流体１３の固形粒子の大きさが流体１３の流路に及ぼす影響、すなわち固形粒子の分散流体流路に対する大きさ依存性を測定することができる。

また、コンピュータ部１４は、流体１３の粘度特性がチキソトロピック特性からニュートン特性へ変化する前の、チキソトロピック特性を示したニードル１１の内径φを抽出する抽出機能を含むようにしてもよい。以下に、例をあげて説明する。

同じ流体１３を用い、ニードル内径φが大きいものから小さいものへと複数のニードル１１を交換していく。この際、各ニードル１１に対しては、圧力値Ｐを例えば、４０ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲で変化させて、その測定結果から粘度特性を算出（測定）する。各粘度特性は、前述したように、ニードル内径φが大きい側であるとチキソトロピック特性を示し、小さい側であるとニュートン特性を示す。

すなわち、ニードル内径φを小さくするに従い、粘度特性はチキソトロピック特性からニュートン特性へ変化していく。そして、内径φが１．６０ｍｍ〜１．１９ｍｍのときチキソトロピック特性を示し、内径φが１．０７ｍｍ以下のときニュートン特性を示した場合、コンピュータ部１４は、チキソトロピック特性からニュートン特性へ変化する前の内径φ（１．１９ｍｍ）を抽出する。

これによれば、チキソトロピック特性の状態で流体１３を用いることのできる範囲を特定することができる。すなわち、コンピュータ部１４で抽出されたニードル内径（例の場合だと、１．１９ｍｍ）以上の流路径であれば、流体１３がチキソトロピック特性の状態であることを特定することができる。具体的な応用例としては、クリームはんだ印刷をする際に粘度計１０を用いることで、流体１３であるクリームはんだが印刷マスクの開口部（流路径）に滲み不良なく埋め込まれるか判断することが容易となる。

このような粘度計１０は、図１に示すように、測定用ニードル１１Ａから流体１３が吐出する方向に対して斜め方向から、測定用ニードル１１Ａの先端にエアを噴射するブロア３１、３２を備えていてもよい。これらブロア３１、３２は、ニードル型をしており、その一端が測定用ニードル１１Ａの先端に向けられている。

ブロア３１、３２は、エア供給源２０からのエア供給を受けるため、他端がエア供給源２０とエア流路ＡＤ２で接続されている。このエア流路ＡＤ２の中途には、エア供給源２０のエア圧（例えば、４００ｋＰａ）を調整するための手動レギュレータ３３と、容器１２へ連通するエア流路ＡＤ２の開閉を行う電磁バルブ３４とが設けられている。電磁バルブ３４は、インターフェースモジュール２４を介して、コンピュータ部１４と信号線路で接続されている。コンピュータ部１４からは、電磁バルブ３４へエア流路ＡＤ２を開閉する制御信号が出力される。

ブロア３１は、電磁バルブ３４が開かれるとブロア３１の他端からブロア３１内にエアが供給され、ブロア３１の一端からエアを噴射させることで、測定した後の測定用ニードル１１Ａの先端で残存している流体１３を除去することができる。ブロア３２もブロア３１と同様に、測定用ニードル１１Ａの先端で残存している流体１３を除去することができる。この残存している流体１３の除去は、圧力値Ｐを変えて見掛けの流量Ｑ’を算出（測定）する度に行うことで、高精度の結果を得ることができる。

また、測定用ニードル１１Ａの先端に対して、ブロア３１、３２を対称に配置することで、残存している流体１３を挟み込んだまま一方向に飛ばし去ることができる。この一方向は測定用ニードル１１Ａから流体１３が吐出される方向であるので、残存した流体１３をエリアセンサ３０に付着せずに除去することができる。

そして、粘度計１０は、図１に示すように、測定用ニードル１１Ａが被洗浄ニードル１１Ｂとして付け替えられ、被洗浄ニードル１１Ｂ内に溶剤を供給して被洗浄ニードル１１Ｂを洗浄する洗浄用アダプタ３５を備えていてもよい。具体的には、洗浄用アダプタ３５は、容器１２と同じ型の容器１２Ａ内に溶剤を供給し、この溶剤を押圧するプランジャに対してエアを供給して、残存している流体１３を除去洗浄する。この場合、洗浄用アダプタ３５には、容器１２Ａが含まれた構成とみなすことができる。なお、溶剤を用いずに、単に、被洗浄ニードル１１Ｂ内に直接、エアを供給して残存している流体１３を洗浄除去する構成であってもよい。

洗浄用アダプタ３５は、エア供給源２０からのエア供給を受けるため、エア供給源２０とエア流路ＡＤ３で接続されている。このエア流路ＡＤ３の中途には、エア供給源２０のエア圧（例えば、４００ｋＰａ）を調整するための手動レギュレータ３６と、洗浄用アダプタ３５へ連通するエア流路ＡＤ３の開閉を行う電磁バルブ４０とが設けられている。電磁バルブ３４は、インターフェースモジュール２４を介して、コンピュータ部１４と信号線路で接続されている。コンピュータ部１４からは、電磁バルブ３４へエア流路ＡＤ３を開閉する制御信号が出力（デジタル出力）される。

洗浄用アダプタ３５は、電磁バルブ４０が開かれると容器１２Ａを介して被洗浄ニードル１１Ｂにエアを供給させることで、測定した後の測定用ニードル１１Ａ、すなわち被洗浄ニードル１１Ｂ内に残存している流体１３を除去洗浄することができる。洗浄されたニードル１１（被洗浄ニードル１１Ｂ）は、ニードル収納ケース５４（図３参照）に収納される。

［実施形態２］
分散流体や樹脂部のみで構成される単なる流体の重要な特性の一つとして、粘着力がある。流体の粘着力は、例えば、タック試験機と呼ばれるもので測定することができる。このタック試験機は、測定対象の流体を固定板に塗布し、さらに測定対象の流体を可動棒で押さえ付けた後、可動棒を固定板側から離れる方向に引き上げて、測定対象の流体が破壊する際の力を測定し、その値を粘着力として測定するものである。しかしながら、この測定対象は、流体の粘着力ではなく、可動棒を引き上げた際の測定対象の流体が変形する変形抵抗を測定しているものと考えられる。

ところで、前記実施形態１で説明した粘度計１０は、図９に示したように、流体１３が流動し始める応力、すなわち降伏値が測定可能である。この値を物理的に考察してみると、流体１３が流動するときの応力、すなわち流体のニードル１１の壁面との粘着力に他ならないことがわかる。このように、粘度計１０を用いることによって、流体１３の粘着力についても測定可能である。

［実施形態３］
前記実施形態１で説明した粘度計１０は、ニードル１１が交換式になっている。このため、例えば、ニードル内側の表面粗さの異なるニードル１１を使用して粘度特性を測定すれば、表面状態によって流体１３の流動特性がどのように変化するかについての情報も得ることが可能となる。

［実施形態４］
前記実施形態１でも説明したが、分散流体の一つに、半導体製造分野で用いられるクリームはんだがある。クリームはんだは、固形粒子としてはんだ粉末を使用し、樹脂部としてフラックスを使用している。このクリームはんだは、表面実装技術で広く使用されており、専用の印刷機を使用してプリント基板のパッド上に印刷し、塗布されるものである。

表面実装技術分野では、実装密度を向上させるため、部品の大きさが年々小さくなっている。例えば、０．３ｍｍ×０．１５ｍｍという極めて微小な電子部品が電子部品メーカで開発されている。このような微小な電子部品をクリームはんだで基板に実装する場合、基板のパッド上に印刷するクリームはんだの大きさもその幅が０．１ｍｍ程度になる。また、クリームはんだに使用されているはんだ粉末の大きさは、例えば最少で１０μｍである。すなわち、前記実施形態１で説明したような固形粒子の大きさが直接流動特性に影響を与えるレベルになっている。

したがって、表面実装分野において、前記実施形態１で説明した粘度計１０を用いることは極めて有効となる。これにより得られたデータを印刷機の印刷条件に直接反映することが可能であり、また有用になってくる。

［実施形態５］
前記実施形態１では、測定用ニードル１１Ａから吐出された流体１３の見掛けの流量Ｑ’を測定し、この見掛けの流量Ｑ’から流体１３の粘度特性を測定する場合について説明した。本実施形態では、容器１２内へ供給されるガスのガス流量Ｑ”から流体１３の粘度特性を測定する場合について、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態における粘度計１０の構成を説明するための図である。

図１２に示すように、粘度計１０は、流体１３を収納する容器１２と、容器１２と連通して、ガスで押圧された流体１３を吐出する測定用ニードル１１Ａ（ニードル１１）とを備えている。容器１２は、シリンジ型をしており、その小口径の先端（一端）が測定ニードル１１Ａと連通して接続され、大口径の他端が測定用アダプタ１５と接続されている。測定用アダプタ１５は、エア供給源２０からのエア供給を受けるため、エア供給源２０とエア流路ＡＤ１で接続されている。そして、容器１２の内部では、先端側に詰めて収納された流体１３が、プランジャ１６を介してエア流路ＡＤ１から送り込まれたエアによって押圧されるようになっている。なお、プランジャ１６を設けずに、直接エアが流体１３を押圧する構成であってもよい。

また、流量計１０は、容器１２と連通して、流体１３を押圧するガスを容器１２に送り込むガスユニット１００を備えている。このガスユニット１００は、エア流路ＡＤ１を構成する管（例えば、マニホールド）を備え、容器１２（測定用アダプタ１５）とエア供給源２０との間で接続して設けられる。また、ガスユニット１００は、エア流路ＡＤ１の中途に設けられた、流量計１０１（例えば、質量流量計、体積流量計など）と、電空レギュレータ２１と、圧力計２３と、フィルタ付レギュレータ１０２とを備えている。

流量計１０１は、測定用ニードル１１Ａから流体１３を吐出させるために、エアで押圧する際のガス流量Ｑ”を測定するものとして用いられる。また、電空レギュレータ２１は、容器１２内へ供給するエアの圧力値Ｐ（ガス圧Ｐ）を調整する、すなわち、流体１３を押圧する圧力値Ｐを調整するものである。また、圧力計２３は、電空レギュレータ２１の下流に設けられ、容器１２内へ供給するエアの圧力値Ｐ（ガス圧Ｐ）を測定するものである。また、フィルタ付レギュレータ１０２は、エア供給源からの異物をフィルタで取り除き、安定したエアを供給するように調整するものである。

なお、電空レギュレータ２１と圧力計２３の値は同じ（あるいは近似値）となるため、圧力計２３を省略することができる。この点、本実施形態では、損失を含めて測定対象側にできるだけ近いところで圧力を測定し、その結果をフィードバックするために（すなわち、より正確な流体１３を押圧する圧力値Ｐを得るために）、流量計１０１よりも下流であって容器１２（測定用ニードル１１Ａ）の手前に圧力計２３を設けている。また、エア供給源から供給されるエアに異物が混入していない場合などは、フィルタ付レギュレータ１０２を省略することができる。

また、流量計１０は、容器１２内で収容されている流体１３の温度を制御する温度制御ユニット１０３を備えている。この温度制御ユニット１０３を用いることで、室温以外の温度環境下、例えば、高温環境下における流体１３の粘度特性を測定することができる。なお、室温における流体１３の粘度特性を測定する場合には、温度制御ユニット１０３を省略することができる。

また、粘度計１０は、流体１３を押圧する際のガス圧Ｐおよびガス流量Ｑ”から、流体１３の粘度特性を算出する算出機能を含むコンピュータ部１４を備えている。このコンピュータ部１４には、インターフェースモジュール２４が接続されている。このインターフェースモジュール２４は、電空レギュレータ２１、圧力計２３、流量計１０１、温度制御ユニット１０３のそれぞれと信号線路（図１２中、一点鎖線で示す。）で接続されている。したがって、コンピュータ部１４からは、例えば、電空レギュレータ２１へエア供給量の調整をする制御信号が送られたり、温度制御ユニット１０３の温度調整をする制御信号が送られたりする。また、コンピュータ部１４へ圧力計２３や流量計１０１からのデータ信号が送られる。このため、コンピュータ部１４（算出機能）は、電空レギュレータ２１によりガス圧Ｐを変化させた際の、ガス流量Ｑ”の変化から流体１３の粘度特性を算出することができる。

前記実施形態１で説明したように、（４）式と（５）式から、コンピュータ部１４によって測定対象の流体１３の粘度特性（γｗ−τｗ特性）が算出される。そして、（５）式で用いられるｎ値は、横軸にガス圧δＰを取り、縦軸にガス流量Ｑ”を取って対数グラフにプロットすると直線が得られ、この直線の傾きから決定される。

ここで、本発明者は、見掛けの流量Ｑ’から求めたｎ値と、ガス流量Ｑ”から求めたｎ値とが同じ（あるいは近似している）ことを見出した。すなわち、対数グラフにおいて、δＰ−Ｑ’とδＰ−Ｑ”とが平行していることを本発明者は見出した。このため、ガス流量Ｑ”を流体１３の流量Ｑとみなすことができ、流体１３の粘度特性を測定することができる。そして、流体１３の流量Ｑを直接測定しない構成であるため、粘度計１０をシンプルに構成することができる。

同様に、容器１２内へ供給されるガスのガス流量Ｑ”から流体１３の粘度特性を測定することができる粘度計１０について、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施形態における粘度計１０の構成を説明するための図である。なお、図１２と図１３とは、ガスユニット１００の構成のみ相違している。

図１３に示すガスユニット１００は、ガス流量Ｑ”を調整するマスフローコントローラ１０４と、ガス圧Ｐを測定する圧力計２３とを備えている。そして、マスフローコントローラ１０４とコンピュータ部１４とは、信号線路（図１３中、一点鎖線で示す。）を介して接続されている。したがって、コンピュータ部１４からは、マスフローコントローラ１０４へガス流量Ｑ”の調整をする制御信号が送られる。このため、コンピュータ部１４（算出機能）は、マスフローコントローラ１０４によりガス流量Ｑ”を変化させた際の、ガス圧Ｐの変化から流体１３の粘度特性を算出することができる。

このように、本実施形態における粘度計１０は、流体１３を押圧する際のガス圧Ｐおよびガス流量Ｑ”から流体１３の粘度特性を測定するものである。図１２に示す粘度計１０は、電空レギュレータ２１によりコンピュータ部１４から命令によって、制御している。そして、流体１３の流量Ｑは、測定用の容器１２に供給されるエア（圧力空気）の流量Ｑ”を測定してこれとみなしている。

また、図１３に示す粘度計１０は、マスフローコントローラ１０４でコンピュータ部１４からの命令により、一定の流量Ｑ”のエアを容器１２に供給し、その際、容器１２に掛かる圧力Ｐ（ガス圧Ｐ）を測定する方式になっている。エアの流量Ｑ”とガス圧Ｐの測定では、特に微小流量になった場合、流量Ｑ”の測定は難しく、ガス圧Ｐの測定は、比較的簡単である。そこで、マスフローコントローラ１０４で精度が保証しうる量のエア量を送り込み、そのときに容器１２に掛かっている圧力Ｐを圧力計２３で測定する方式を採用している。なお、図１２に示す粘度計１０では、マスフローコントローラ１０４が高価であるため、価格重視で電空レギュレータ２１と流量計１０１の組み合わせ方式を採用している。

前記実施形態１における粘度計１０では、測定用ニードル１１Ａから吐出される流体１３の見掛けの流量Ｑ”を、一定間隔離れた位置に配置された二つの光電センサ２５、２６間を通過する時間Ｔとニードル内径φから算出する必要がある。また、前記実施形態１における粘度計１０では、連続して測定するに際して測定ニードル１１Ａ先端で残存している流体１３を除去する必要があり、ブロア３１、３２を備えた除去機構あるいは機械的な切断機構を設ける必要がある。

これに対して、本実施形態における粘度計１０は、次のような特徴を有している。まず、測定用ニードル１１Ａから吐出する分散流体１３の流量を直接測定しないため、粘度計１０前面に光電センサ、機械的な切断機構などを設ける必要がなく、測定者は何も意識をすることがない。また、操作性に優れるとともにメインテナンス性にも優れる。特に、機械的な切断機構がないため、取扱いやすく、壊れにくい。また、分散流体１３を測定用ニードル１１Ａ先端で切断する必要がないため、測定の高速化が図れる。

また、前記実施形態１における粘度計１０では、測定精度は光電センサ２５、２６の検出精度に依存し、測定精度は実験的に求めるしかなく、論理的に決定することが難しかった。本実施形態における粘度計１０では、流量計１０１と電空レギュレータ２１、マスフローコントローラ１０４の精度から論理的に測定精度を決定しうる。したがって、装置の校正も容易になる。

なお、前記実施形態２〜４においても本実施形態における粘度計１０を対応させることができる。例えば、圧力の測定曲線を解析すれば、分散流体１３とニードル壁面との粘着力、流動し始める降伏応力などの物理量が解析可能になる。

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、樹脂部に固形粒子を分散させてなる分散流体として、クリームはんだを測定対象とする場合について説明したが、これに限らず、顔料なども測定対象とすることができる。また、流体として、ニュートン流体（例えば、水など）を測定対象とすることもできる。

また、例えば、前記実施形態では、流体１３を押圧するガスとして、エアを用いた場合について説明したが、窒素などの不活性ガスを用いることもできる。

Claims

流体を収容する容器と、
前記容器と連通して、前記流体を押圧するガスを前記容器に送り込むガスユニットと、
前記容器と連通して、前記ガスで押圧された前記流体を吐出する測定用ニードルと、
前記流体を押圧する際のガス圧およびガス流量から、前記流体の粘度特性を算出する算出機能を含むコンピュータ部と
を備えることを特徴とする粘度計。
請求項１記載の粘度計であって、
前記測定用ニードルとして選択される、互いに内径の異なる複数のニードルを備え、
前記算出機能により前記複数のニードルのそれぞれにおける前記流体の粘度特性を算出し、前記内径に依存した前記流体の粘度特性を測定することを特徴とする粘度計。
請求項１または２記載の粘度計であって、
前記ガスユニットは、前記ガス圧を調整するレギュレータと、前記ガス流量を測定する流量計とを備え、
前記算出機能は、前記レギュレータにより前記ガス圧を変化させた際の、前記ガス流量の変化から前記流体の粘度特性を算出することを特徴とする粘度計。
請求項１または２記載の粘度計であって、
前記ガスユニットは、前記ガス流量を調整するマスフローコントローラと、前記ガス圧を測定する圧力計とを備え、
前記算出機能は、前記マスフローコントローラにより前記ガス流量を変化させた際の、前記ガス圧の変化から前記流体の粘度特性を算出することを特徴とする粘度計。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の粘度計において、
前記測定用ニードルが被洗浄ニードルとして付け替えられ、前記被洗浄ニードル内に溶剤を供給して前記被洗浄ニードルを洗浄する洗浄用アダプタを備えることを特徴とする粘度計。