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JP2018146312A - Apparatus and method for measuring viscosity and elasticity - Google Patents

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JP2018146312A JP2017039905A JP2017039905A JP2018146312A JP 2018146312 A JP2018146312 A JP 2018146312A JP 2017039905 A JP2017039905 A JP 2017039905A JP 2017039905 A JP2017039905 A JP 2017039905A JP 2018146312 A JP2018146312 A JP 2018146312A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for measuring viscosity and elasticity, capable of simply measuring the viscosity of a sample material in a wide range from low viscosity to high viscosity with high accuracy as compared with conventional one.SOLUTION: An apparatus for measuring viscosity and elasticity comprises: a rotor a part or the entire body of which is constituted by a material having conductivity and which has a projection at the center of rotation in the lower part; a sample vessel into which a substance to be detected whose viscosity is detected is injected and in which the rotor contacting the substance to be detected and its projection contacting its inner bottom arranged; a rotation control part for applying a magnetic field to the rotor to induce an induction current and to rotate the rotor by running torque caused by Lorentz interaction between the induced current and the magnetic field applied to the rotor; a rotation detection part for detecting the rotational speed of the rotor; and a viscosity elasticity detection part for detecting the viscosity and elasticity of the substance to be detected contacting the rotor by the rotational speed. The centroid position of the rotor is closer to the projection than a buoyancy position due to buoyancy generated corresponding to a portion of the rotor sunk in the substance to be detected.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

従来より、対象とする物質の力学物性を検出するため、粘性(以下の記載において、粘度と示すこともある)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・弾性測定は、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。
従来から知られている粘性測定法においては、測定対象試料に接した回転プローブ(回転子)に対し、駆動するためのトルクを非接触に印加し、その回転プローブの回転速度から対象試料の粘性を非接触に測定する装置がある(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
Conventionally, in order to detect the mechanical properties of a target substance, viscosity (sometimes referred to as viscosity in the following description) and elasticity are measured (for example, see Patent Document 1).
Viscosity / elasticity measurement includes quality control, performance evaluation, raw materials in the manufacturing process of pharmaceuticals, foods, paints, inks, cosmetics, chemical products, paper, adhesives, fibers, plastics, beer, detergents, concrete admixtures, silicon, etc. It is an indispensable measurement technology for management and research and development.
In a conventionally known viscosity measurement method, a driving torque is applied to a rotating probe (rotor) in contact with a sample to be measured in a non-contact manner, and the viscosity of the target sample is determined from the rotation speed of the rotating probe. There is a device that measures non-contact (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

特許文献1は、回転子として、導電性の小球を試料内に沈め、所定のトルクを非接触で印加し、小球の回転速度から、試料の粘性を非接触に測定している。
特許文献2は、浮力及び表面張力のいずれか、または双方を用いて、円盤状の回転子を試料表面に浮かべ、所定のトルクを非接触で印加し、その回転子の回転速度から、試料の粘性を非接触に測定している。
特許文献3は、回転子の下部の回転中心の先端が凸形状に形成されており、その先端が試料を収容する容器の内部底部と接触し、回転子の上部に回転軸が設けられており、この回転軸を回転自在な機構により保持し、回転軸の方向を固定している。そして、回転子に対して所定のトルクを非接触で印加し、その回転子の回転速度から、試料の粘性を非接触に測定している。
In Patent Document 1, as a rotor, a conductive small sphere is submerged in a sample, a predetermined torque is applied in a non-contact manner, and the viscosity of the sample is measured in a non-contact manner from the rotation speed of the small sphere.
Patent Document 2 uses either or both of buoyancy and surface tension to float a disk-shaped rotor on the surface of a sample, applies a predetermined torque in a non-contact manner, and from the rotational speed of the rotor, Viscosity is measured without contact.
In Patent Document 3, the tip of the rotation center at the bottom of the rotor is formed in a convex shape, the tip contacts the inner bottom of the container for storing the sample, and the rotation shaft is provided at the top of the rotor. The rotating shaft is held by a rotatable mechanism, and the direction of the rotating shaft is fixed. A predetermined torque is applied to the rotor in a non-contact manner, and the viscosity of the sample is measured in a non-contact manner from the rotational speed of the rotor.

特開2009−264982号公報JP 2009-264982 A 特開2012−242137号公報JP 2012-242137 A 特開2016−031352号公報JP 2006-031352 A

しかしながら、上述した特許文献1は、小球の周囲の試料の流動速度が非ニュートン性の液体については既知ではなく、粘性を与えるずり速度を一意に決定できず、純水などの低い粘性の測定精度が得られない。
特許文献2は、粘性を測定する際に、回転子と容器の底部との距離(浮上高さ)を正確に測定する必要があるが、容器に収容される試料の量により変化するため、測定毎に上記距離を測定するためには、精度の高い測定器が必要となる。また、浮上高さは、試料の蒸発や、温度の変化に伴う試料の比重の変化、あるいは回転子と試料とのぬれ性の変化により変動する。このため、周囲環境により、試料の粘性の測定精度が変化してしまう場合がある。
However, in the above-mentioned Patent Document 1, the flow rate of the sample around the small sphere is not known for a non-Newtonian liquid, and the shear rate that gives viscosity cannot be uniquely determined, and measurement of low viscosity such as pure water is not possible. Accuracy cannot be obtained.
In Patent Document 2, when measuring the viscosity, it is necessary to accurately measure the distance (flying height) between the rotor and the bottom of the container. However, the measurement varies depending on the amount of the sample accommodated in the container. In order to measure the distance every time, a highly accurate measuring instrument is required. The flying height fluctuates due to the evaporation of the sample, the change in the specific gravity of the sample accompanying a change in temperature, or the change in wettability between the rotor and the sample. For this reason, the measurement accuracy of the viscosity of the sample may change depending on the surrounding environment.

特許文献3は、回転子の上部に設けられた回転軸と、この回転軸を保持する機構との間の摩擦により、純粋などの粘性の低い試料に対する測定精度が低下してしまう。精度を上げる場合、毎秒一回転以上の高速の回転を与える必要があり、低ずり速度域における粘性計測の精度を向上することができない。また、回転軸とこの回転軸を保持する機構との間に、容器内において蒸発した試料が結露すると、その結露した試料の表面張力により、回転子の回転速度が影響を受け、測定精度が低下する場合がある。   In Patent Document 3, the measurement accuracy for a sample having a low viscosity such as pure is lowered due to friction between a rotating shaft provided on the upper portion of the rotor and a mechanism for holding the rotating shaft. When increasing the accuracy, it is necessary to give a high-speed rotation of one rotation or more per second, and the accuracy of viscosity measurement in the low shear rate region cannot be improved. In addition, if the sample evaporated in the container is condensed between the rotating shaft and the mechanism that holds this rotating shaft, the rotational speed of the rotor is affected by the surface tension of the condensed sample, and the measurement accuracy decreases. There is a case.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、検出対象の物質を入れる試料容器を安価なものとして使い捨てを可能とし、かつ低粘度から高粘度までの広い領域にわたる試料物質の粘性を、従来に比較して簡易にかつ高い精度により測定することができる粘性・弾性測定装置及び粘性・弾性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. The sample container into which the substance to be detected is placed can be made inexpensive and disposable, and the viscosity of the sample substance over a wide range from low viscosity to high viscosity can be reduced. An object of the present invention is to provide a viscosity / elasticity measuring apparatus and a viscosity / elasticity measuring method which can be measured more easily and with higher accuracy than in the past.

上述した課題を解決するために、本発明の粘性・弾性測定装置は、一部あるいは全体が導電性を有する材料で構成され、その下部における回転中心に突状の突起を有する回転子と、粘性を検出する対象の検出対象物質が入れられ、該検出対象物質に接触して前記突起が自身の内面底部に接触した状態で前記回転子が配置された試料容器と、前記回転子に時間変動する磁場を印加し、前記回転子内に誘導電流を誘起し、該誘導電流と該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、該回転子に回転トルクを与えて回転させる回転制御部と、前記回転子の回転速度を検出する回転検出部と、前記回転子の回転速度数により、該回転子に接する前記検出対象物質の粘性及び弾性を検出する粘性弾性検出部とを有し、前記回転子の前記検出対象物質に没した部分に対応して生じる浮力による浮心位置より、前記回転子の重心位置が前記突起に近いことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the viscosity / elasticity measuring apparatus according to the present invention includes a rotor having a protruding protrusion at the center of rotation, partially or entirely made of a conductive material, and a viscosity. A sample container in which the rotor is arranged in a state in which a detection target substance to be detected is placed, and the protrusion is in contact with the detection target substance and in contact with the bottom of the inner surface of the target, and the rotor varies with time A rotation control unit that applies a magnetic field, induces an induced current in the rotor, and rotates the rotor by applying a rotational torque by Lorentz interaction between the induced current and the magnetic field applied to the rotor; A rotation detection unit that detects a rotation speed of the rotor, and a viscoelasticity detection unit that detects the viscosity and elasticity of the detection target substance in contact with the rotor based on the rotation speed number of the rotor, Detecting the rotor From the center of buoyancy position by the buoyancy occurring in response to the portion submerged elephant substance, the center of gravity of the rotor is equal to or close to the projection.

本発明の粘性・弾性測定装置は、前記回転子の前記回転子の半径が以下の(14)式により決定されることを特徴とする。   The viscosity / elasticity measuring apparatus of the present invention is characterized in that the radius of the rotor of the rotor is determined by the following equation (14).

本発明の粘性・弾性測定装置は、前記重心位置と浮心位置との距離が、前記回転子の回転における回転軸を鉛直方向に保持する復元力を有する距離以上に設定されていることを特徴とする。   In the viscosity / elasticity measuring apparatus of the present invention, the distance between the center of gravity position and the buoyancy position is set to be equal to or greater than a distance having a restoring force that holds the rotation axis in the vertical direction in the rotation of the rotor. And

本発明の粘性・弾性測定装置は、粘性が既知である複数の物質内における前記回転子に加わる回転トルクと、当該回転子の回転数との関係を予め測定した標準データを記憶する記憶部をさらに有し、前記粘性検出部が検出した検出対象物質の回転トルクと回転数との関係と、前記標準データを比較することにより、前記検出対象物質の粘性・弾性を求めることを特徴とする。   The viscosity / elasticity measuring apparatus according to the present invention includes a storage unit for storing standard data in which a relationship between a rotational torque applied to the rotor in a plurality of substances whose viscosity is known and a rotational speed of the rotor is measured in advance. Further, the viscosity / elasticity of the detection target substance is obtained by comparing the standard data with the relationship between the rotational torque and the rotation speed of the detection target substance detected by the viscosity detection unit.

本発明の粘性・弾性測定装置は、前記回転子の面にマークが付されており、前記回転検出部が前記マークの回転を検出することにより、前記回転子の回転数を検出することを特徴とする。   In the viscosity / elasticity measuring apparatus of the present invention, a mark is attached to the surface of the rotor, and the rotation detector detects the rotation of the mark by detecting the rotation of the mark. And

本発明の粘性・弾性測定装置は、前記回転子の前記回転子に対してレーザを照射し、その反射光あるいは干渉パターンの変化を光学的に測定することにより、前記回転子の回転数を検出することを特徴とする。   The viscosity / elasticity measuring apparatus of the present invention detects the rotational speed of the rotor by irradiating the rotor of the rotor with a laser and optically measuring a change in reflected light or interference pattern. It is characterized by doing.

本発明の粘性・弾性測定装置は、前記回転子の直径方向に対し、当該回転子が前記回転軸からの距離に比例して薄くなるように形成されていることを特徴とする。   The viscosity / elasticity measuring apparatus according to the present invention is characterized in that the rotor is formed so as to be thinner in proportion to the distance from the rotation shaft with respect to the diameter direction of the rotor.

本発明の粘性・弾性測定装置は、前記回転子底板の直径方向に対し、当該回転子底板が前記回転軸からの距離に比例して薄くなるように形成されていることを特徴とする。   The viscosity / elasticity measuring apparatus according to the present invention is characterized in that the rotor bottom plate is formed so as to become thinner in proportion to the distance from the rotation shaft with respect to the diameter direction of the rotor bottom plate.

本発明の粘性・弾性測定方法は、試料容器に粘性及び弾性を検出する対象の検出対象物質を収容し、一部あるいは全体が導電性を有する材料で構成され、その下部における回転中心に突状の突起を有する回転子を、前記検出対象物質に接触して前記突起が自身の内面底部に接触した状態で配置する過程と、前記回転子に時間変動する磁場を印加し、前記回転子の前記回転子内に誘導電流を誘起し、該誘導電流と該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、該回転子に回転トルクを与えて回転させる過程と、前記回転子の回転数を検出する過程と、前記回転数により、前記回転子に接する検出対象物質の粘性・弾性を検出する粘性検出過程とを含み前記回転子の前記検出対象物質に没した部分に対応して生じる浮力による浮心位置より、前記回転子の重心位置が前記突起に近いことを特徴とする。   In the viscosity / elasticity measuring method of the present invention, a detection target substance whose viscosity and elasticity are to be detected is accommodated in a sample container, and a part or the whole is made of a conductive material, and protrudes at the center of rotation at the lower part thereof. A process in which a rotor having a protrusion is placed in contact with the substance to be detected and the protrusion is in contact with the bottom of the inner surface of the rotor, and a time-varying magnetic field is applied to the rotor. A process of inducing an induced current in the rotor and applying a rotational torque to the rotor by Lorentz interaction between the induced current and a magnetic field applied to the rotor, and a rotation speed of the rotor. A buoyancy generated in correspondence with a portion of the rotor submerged in the detection target material, including a detection process and a viscosity detection step of detecting the viscosity / elasticity of the detection target material in contact with the rotor according to the rotation speed Buoyant position More, the center of gravity of the rotor is equal to or close to the projection.

以上説明したように、本発明によれば、検出対象の物質を入れる試料容器を安価なものとして使い捨てを可能とし、かつ低粘度から高粘度までの広い領域にわたる試料物質の粘性を、従来に比較して簡易にかつ高い精度により測定することができる粘性・弾性測定装置及び粘性・弾性測定方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the sample container into which the substance to be detected is placed can be made inexpensive and disposable, and the viscosity of the sample substance over a wide range from low viscosity to high viscosity is compared with the conventional one. Thus, it is possible to provide a viscosity / elasticity measuring apparatus and a viscosity / elasticity measuring method which can be measured easily and with high accuracy.

本発明の一実施形態による粘性・弾性測定装置の構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the viscosity and elasticity measuring apparatus by one Embodiment of this invention. 図1に示す粘性・弾性測定装置における試料容器及び回転子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the sample container and rotor in the viscosity / elasticity measuring apparatus shown in FIG. 試料容器2に収容された試料100における回転子1の配置を説明するために試料容器2を側面から見た概念図である。FIG. 4 is a conceptual view of the sample container 2 as viewed from the side in order to explain the arrangement of the rotor 1 in the sample 100 accommodated in the sample container 2. 試料容器2に収容された試料100における回転子1の他の配置を説明するために試料容器2を側面から見た概念図である。It is the conceptual diagram which looked at the sample container 2 from the side surface in order to demonstrate other arrangement | positioning of the rotor 1 in the sample 100 accommodated in the sample container 2. FIG. 磁石固定台7における回転磁界発生するために設けられた磁石の固定状態を示す平面図である。It is a top view which shows the fixed state of the magnet provided in order to generate | occur | produce the rotating magnetic field in the magnet fixing stand. 複数の異なる粘性ηを有する標準試料における、モーター4の回転数ΩMと対応する標準試料での回転子1の回転数ΩD各々との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between rotation speed (ohm) M of the motor 4, and each rotation speed (omega | ohm) D of the rotor 1 in a corresponding standard sample in the standard sample which has several different viscosity (eta). 図6に示す関係図から求められた各試料(試料A及び試料B)のずり速度依存性を示す図である。It is a figure which shows the shear rate dependence of each sample (sample A and sample B) calculated | required from the relationship diagram shown in FIG. 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. 回転子1における回転子底板の形状の他の構成例を表す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the shape of the rotor bottom plate in the rotor 1. モーター4の回転速度ΩM(すなわち、回転トルク)と、回転子1が停止する回転角度θとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between rotational speed (omega) M (namely, rotational torque) of the motor 4, and rotation angle (theta) which the rotor 1 stops. 弾性と、回転速度及び回転角度の比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between elasticity and the ratio of a rotational speed and a rotation angle.

以下、本発明の一実施形態による粘性・弾性測定装置を図面を参照して説明する。図1及び図2は本発明の一実施形態による粘性・弾性測定装置の構成例を示す概略構成図である。図1は、粘性・弾性測定装置の全体構成を示している。図2は、図1に示す粘性・弾性測定装置における試料容器及び回転子の構成例を示す図である。
この図1において、本実施形態における粘性・弾性測定装置は、回転子1、試料容器2、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3、第4磁石3_4、モーター4、回転検出センサ5、試料台6、磁石固定台7、粘性測定部8を備えている。
Hereinafter, a viscosity / elasticity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.1 and FIG.2 is a schematic block diagram which shows the structural example of the viscosity and elasticity measuring apparatus by one Embodiment of this invention. FIG. 1 shows the overall configuration of the viscosity / elasticity measuring apparatus. FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a sample container and a rotor in the viscosity / elasticity measuring apparatus shown in FIG.
In FIG. 1, the viscosity / elasticity measuring apparatus according to the present embodiment includes a rotor 1, a sample container 2, a first magnet 3_1, a second magnet 3_2, a third magnet 3_3, a fourth magnet 3_4, a motor 4, and a rotation detection sensor. 5, a sample table 6, a magnet fixing table 7, and a viscosity measuring unit 8.

図2に示すように、回転子1は、回転子底板1Aと浮き部1Bとで形成されている。回転子底板1Aは、円盤形状の部材、例えば金属材料で形成されており、その一部または全部(全体)が導体(例えば、金属材料)にて構成されている。回転子底板1Aは、例えば一部分のみがアルミニウムなどの導電体を用いており、他の部分はプラスチックやビニールなどの素材で構成することができる。すなわち、回転子底板1Aは、プラスチック製の円板の上面に市販のアルミ箔などを貼着させて作成しても良い。これにより、市販のプラスチックの円板と市販のアルム箔とから容易に安価な回転子底板1Aを形成することができる。   As shown in FIG. 2, the rotor 1 is formed of a rotor bottom plate 1A and a floating portion 1B. The rotor bottom plate 1A is formed of a disk-shaped member, for example, a metal material, and a part or all (the whole) of the rotor bottom plate is composed of a conductor (for example, a metal material). For example, only a part of the rotor bottom plate 1A uses a conductor such as aluminum, and the other part can be made of a material such as plastic or vinyl. That is, the rotor bottom plate 1A may be formed by attaching a commercially available aluminum foil or the like to the upper surface of a plastic disc. Thus, an inexpensive rotor bottom plate 1A can be easily formed from a commercially available plastic disc and a commercially available alum foil.

浮き部1Bは、回転子底板1Aと同軸の円筒(直円柱)形状の浮体であり、上面からの平面視において、外周が回転子底板1Aの外周と重なっている。すなわち、浮き部1Bの中心軸に対して垂直が断面と、回転子底板1Aとは平面視で重なっている。また、浮き部1Bは、回転子底板1Aに比較して大きな浮力を有する構成として形成されている。これにより、回転子1は、回転子底板1Aの中心軸(浮き部1Bの中心軸)に対し、回転対称な形状をしており、中心軸を中心に回転するため、回転軸11が回転子底板1Aの面に対して鉛直(垂直)方向を向いている。
また、回転子底板1A及び浮き部1Bのいずれか一方には、回転検出を行う(後述)ため、そのいずれかの表面(本実施形態においては回転子底板1A)に撮像素子などで検出可能な大きさのマークが設けられている。
The floating portion 1B is a cylindrical (right column) floating body that is coaxial with the rotor bottom plate 1A, and has an outer periphery that overlaps with the outer periphery of the rotor bottom plate 1A in plan view from the top. That is, the section perpendicular to the central axis of the floating portion 1B overlaps the rotor bottom plate 1A in plan view. Further, the floating portion 1B is formed as a configuration having a greater buoyancy than the rotor bottom plate 1A. Thereby, the rotor 1 has a rotationally symmetric shape with respect to the central axis of the rotor bottom plate 1A (the central axis of the floating portion 1B), and rotates about the central axis. It faces the vertical (vertical) direction with respect to the surface of the bottom plate 1A.
In addition, since rotation detection is performed on either one of the rotor bottom plate 1A and the floating portion 1B (described later), any one of the surfaces (the rotor bottom plate 1A in the present embodiment) can be detected by an imaging device or the like. A size mark is provided.

試料容器2は、試料容器本体21と試料容器蓋22とから構成されている。また、試料容器2は、力学的物性としての粘性(すなわち、粘性係数)ηを測定する対象の検出対象物(以下、試料と称す)を収容する。試料容器本体21及び試料容器蓋22の各々は、例えば、ガラスあるいはプラスチックなどの材料で製造されている。試料容器本体21は、例えば小型のシャーレなどの円筒形状の試料容器である。この試料容器本体21の内径は、回転子1における回転子底板1A(及び浮き部1B)の直径よりわずかに大きければよい。   The sample container 2 includes a sample container main body 21 and a sample container lid 22. Further, the sample container 2 accommodates a detection target object (hereinafter referred to as a sample) for measuring a viscosity (that is, a viscosity coefficient) η as a mechanical physical property. Each of the sample container main body 21 and the sample container lid 22 is made of a material such as glass or plastic. The sample container main body 21 is a cylindrical sample container such as a small petri dish. The inner diameter of the sample container main body 21 only needs to be slightly larger than the diameter of the rotor bottom plate 1A (and the floating portion 1B) in the rotor 1.

試料容器蓋22は、試料容器本体21に収容する試料100の蒸発や異物の混入などを防止するため、外部環境(外気など)から完全に試料100を遮断するために用いるものであり、必要が無い場合には備える必要はない。この試料容器2において、回転子1は、回転子底板1A及びが浮き部1B検出対象物である試料100に接するように、すなわち、一部または全部がこの検出対象物に没するように配置されている。試料容器2は、試料容器本体21及び試料容器蓋22の双方ともに、ガラスあるいはプラスチックを素材とした市販のシャーレなどを使用することができる。このため、試料容器2には、ディスポーザルな市販の試料容器を試料容器とすることができ、安価に準備することができる。   The sample container lid 22 is used to completely block the sample 100 from the external environment (outside air, etc.) in order to prevent evaporation of the sample 100 accommodated in the sample container main body 21 and mixing of foreign substances. If not, you do not need to prepare. In this sample container 2, the rotor 1 is disposed so that the rotor bottom plate 1A and the floating portion 1B are in contact with the sample 100 that is the detection target, that is, a part or all of the rotor 1 is immersed in the detection target. ing. As the sample container 2, a commercially available petri dish or the like made of glass or plastic can be used for both the sample container main body 21 and the sample container lid 22. For this reason, the sample container 2 can be a disposable commercially available sample container and can be prepared at low cost.

上述したように、本実施形態は、回転子1及び試料容器2が安価とすることができる。このため、生体材料などが試料100となった場合、その廃棄に特段の注意を要する物質を測定対象としても、回転子1及び試料容器2を容易に廃棄することができる。
この結果、焼却及び減菌などの後処理の問題と同様に、他の医療器具の廃棄と同様に容易に行うことができる。
As described above, in this embodiment, the rotor 1 and the sample container 2 can be made inexpensive. For this reason, when the biomaterial or the like becomes the sample 100, the rotor 1 and the sample container 2 can be easily discarded even if a substance requiring special attention is discarded.
As a result, as with post-treatment problems such as incineration and sterilization, it can be easily performed as with the disposal of other medical instruments.

図3は、試料容器2に収容された試料100における回転子1の配置を説明するために試料容器2を側面から見た概念図である。図3において、浮き部1Bは、回転子底板1Aの上面に配置され、上部が開放された外周面のみの筒形状をしており、内部200が空間となっている。この内部200の空間により、回転子1に対して、試料100の比重に対応した浮力が発生する。この浮き部1Bの外周面は、樹脂製などの板を筒状にしたもの、あるいは樹脂製のパイプを中心軸に対して垂直に切断して、切断されたパイプの外周壁による円筒などを用いることができる。また、浮き部1Bは、内部空間が密閉された円筒、あるいは内部200が他の部材で満たされた円筒、または内部空間がない円柱を用いても良い。また、内部空間がない円柱を浮き部1Bとして用いた場合、浮き部1Bの底面の一部あるいは全部を金属などで形成し、浮き部1B自体を回転子1として用いても良い。この場合においても、以下に説明する浮心と重心との関係は満足させる必要がある。   FIG. 3 is a conceptual view of the sample container 2 viewed from the side in order to explain the arrangement of the rotor 1 in the sample 100 accommodated in the sample container 2. In FIG. 3, the floating portion 1 </ b> B is disposed on the upper surface of the rotor bottom plate 1 </ b> A, has a cylindrical shape with only an outer peripheral surface with an open top, and the interior 200 is a space. Due to the space of the interior 200, buoyancy corresponding to the specific gravity of the sample 100 is generated on the rotor 1. As the outer peripheral surface of the floating portion 1B, a cylindrical plate made of a resin plate or the like, or a cylinder formed by cutting a resin pipe perpendicular to the central axis and using the outer peripheral wall of the cut pipe is used. be able to. Further, the floating portion 1B may be a cylinder in which the internal space is sealed, a cylinder in which the interior 200 is filled with other members, or a column having no internal space. When a cylinder having no internal space is used as the floating portion 1B, a part or all of the bottom surface of the floating portion 1B may be formed of metal or the like, and the floating portion 1B itself may be used as the rotor 1. Even in this case, it is necessary to satisfy the relationship between the buoyancy and the center of gravity described below.

浮き部1Bの側壁の上面にマーク30が配置されている。このマーク30は、回転子底板1Aの上面における撮像装置により読取り可能な位置に配置されていても良い。このマーク30位置の変化をセンサあるいは撮像装置などにより光学的に読取り、回転子1の回転数を求めて、回転子1の回転速度を算出する。本実施形態において、回転子底板1Aは、金属の円板で形成されている。
また、回転子底板1Aの下面には、試料容器本体21の内面底部に接触させる金属製の突状の突起部1Cが設けられている。この突起部1Cは、試料容器本体21の内面底部に設けられた溝部21C底面に接触している。溝部21Cに対して突起部1Cが挿入された状態で、回転子1が回転する。このため、回転子底板1Aの下面と試料容器本体21の内部の底面との間隔が、精度良く一定に保たれ、試料100中における回転子底板1Aのずり速度を安定して保つことができ、試料100の粘性測定の精度が向上する。
A mark 30 is arranged on the upper surface of the side wall of the floating portion 1B. The mark 30 may be arranged at a position readable by the imaging device on the upper surface of the rotor bottom plate 1A. The change in the position of the mark 30 is optically read by a sensor or an imaging device, and the rotational speed of the rotor 1 is obtained to calculate the rotational speed of the rotor 1. In the present embodiment, the rotor bottom plate 1A is formed of a metal disk.
Further, on the lower surface of the rotor bottom plate 1 </ b> A, a metal protruding protrusion 1 </ b> C that is brought into contact with the inner surface bottom of the sample container main body 21 is provided. The protrusion 1C is in contact with the bottom of the groove 21C provided on the inner bottom of the sample container main body 21. The rotor 1 rotates in a state where the protrusion 1C is inserted into the groove 21C. For this reason, the distance between the lower surface of the rotor bottom plate 1A and the bottom surface inside the sample container main body 21 can be kept constant with high accuracy, and the shear rate of the rotor bottom plate 1A in the sample 100 can be stably maintained. The accuracy of the viscosity measurement of the sample 100 is improved.

本実施形態において、回転子1の重量の約60%は回転子底板1Aを構成する部材の質量であり、回転子1の重量の残りの約40%は浮き部1Bを構成する部材の質量である。また、回転子1の重量が約1.3g(グラム)の場合、この回転子1に加わる重力の大きさは1.3グラム重である。ここで、回転子1内部の空洞部分の体積は約0.8cmであり、試料の比重が1.0g/cmである場合、回転子1に加わる浮力は最大で0.8グラム重である。このため、回転子1は、試料容器2に収容された試料100において、全体が完全に浮くことは無く、所定の体積分の部分が図3(a)及び図3(b)の各々に示すように沈んだ状態となる。 In this embodiment, about 60% of the weight of the rotor 1 is the mass of the member constituting the rotor bottom plate 1A, and the remaining about 40% of the weight of the rotor 1 is the mass of the member constituting the floating portion 1B. is there. When the weight of the rotor 1 is about 1.3 g (grams), the magnitude of gravity applied to the rotor 1 is 1.3 gram weight. Here, when the volume of the hollow portion inside the rotor 1 is about 0.8 cm 3 and the specific gravity of the sample is 1.0 g / cm 3 , the maximum buoyancy applied to the rotor 1 is 0.8 gram weight. is there. For this reason, the rotor 1 does not completely float in the sample 100 accommodated in the sample container 2, and a portion corresponding to a predetermined volume is shown in each of FIGS. 3 (a) and 3 (b). It will be in a sunk state.

図3(a)は、回転子1が試料容器2に収容された試料100において、安定状態で自立している状態を示している。試料中で自立している回転子1において、浮心202の位置が重心201の位置に比較して、より突起部1Cから遠い位置となるように、浮き部1Bにより、回転子1に印加される浮力を調整している。浮心202にかかる浮力(回転子1の比重と試料との比重に基づく浮力)のベクトル202Bは、試料100の液面に対して垂直な上部方向に、この液面から離れる方向を向いている。一方、重心201にかかる重力(回転子1の質量)によるベクトル201は、試料100の液面に対して垂直な下部方向に、この液面から離れる方向を向いている。上記ベクトル201B及びベクトル202Bの各々が、試料100の液面に対して垂直な同一直線150上にある場合、すなわち重心201を通る試料100の液面に垂直な直線150上において当該直線150と平行にある場合、試料100に対して安定状態で自立している。すなわち、本実施形態においては、回転子1における浮心202の位置が重心201の位置に比較して、より突起部1Cから遠い位置となるよう構成しているため、回転子1の回転軸を鉛直方向に保持することで、回転子1が試料100中で自立する。   FIG. 3A shows a state where the rotor 1 is self-supporting in a stable state in the sample 100 accommodated in the sample container 2. In the rotor 1 that is self-supporting in the sample, the floating portion 202 is applied to the rotor 1 by the floating portion 1B so that the position of the buoyancy 202 is farther from the protruding portion 1C than the position of the center of gravity 201. The buoyancy is adjusted. A vector 202B of buoyancy applied to the buoyancy core 202 (buoyancy based on the specific gravity of the rotor 1 and the specific gravity of the rotor) is directed upward in a direction perpendicular to the liquid surface of the sample 100 and away from the liquid surface. . On the other hand, the vector 201 due to the gravity (mass of the rotor 1) applied to the center of gravity 201 is directed in the lower direction perpendicular to the liquid surface of the sample 100 and away from the liquid surface. When each of the vector 201B and the vector 202B is on the same straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100, that is, on a straight line 150 passing through the center of gravity 201 and perpendicular to the liquid surface of the sample 100, the vector 201B and the vector 202B are parallel to the straight line 150. In this case, the sample 100 is self-supporting in a stable state. That is, in this embodiment, since the position of the buoyancy 202 in the rotor 1 is configured to be farther from the protrusion 1C than the position of the center of gravity 201, the rotation axis of the rotor 1 is The rotor 1 is self-supporting in the sample 100 by being held in the vertical direction.

図3(b)は、回転子1が試料容器2に収容された試料100において、何らかの揺動(何らかの力が印加)により傾いた状態を示している。図3(b)においては、回転子1に対して何らかの力が印加され、試料100の液面に垂直な直線150方向と、回転子底板1Aの上面に垂直な直線160の方向とが角度θ異なっている。このとき、上記ベクトル201B及びベクトル202Bの各々が、試料100の液面に対して垂直な同一直線150上に存在していない。すなわち、ベクトル201B及びベクトル202Bの各々が、試料100の液面に対して垂直な同一直線150上に無い。回転子1の水中に没した部分が排除した試料100の体積分の試料100の重力に等しい浮力を得るため、図に示すように傾いて、より試料100に沈んだ部分の体積の大きい方に浮心202の位置が移動する。すなわち、本実施形態においては、浮心202の位置が重心201の位置に比較して、より突起部1Cから遠い位置となるよう構成しているため、回転子1の回転軸を鉛直方向に復元させる復元力を、回転子1自身が有している。   FIG. 3B shows a state in which the rotor 1 is tilted by some rocking (applying some force) in the sample 100 in which the sample container 2 is accommodated. In FIG. 3B, some force is applied to the rotor 1, and the direction of the straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100 and the direction of the straight line 160 perpendicular to the upper surface of the rotor bottom plate 1A are at an angle θ. Is different. At this time, each of the vector 201B and the vector 202B does not exist on the same straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100. That is, the vector 201B and the vector 202B are not on the same straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100. In order to obtain a buoyancy equal to the gravity of the sample 100 corresponding to the volume of the sample 100 excluded from the portion of the rotor 1 submerged in water, the rotor 1 is tilted as shown in FIG. The position of the buoyancy 202 moves. That is, in this embodiment, since the position of the floating core 202 is configured to be farther from the protrusion 1C than the position of the center of gravity 201, the rotational axis of the rotor 1 is restored in the vertical direction. The rotor 1 itself has a restoring force to be caused.

上述した場合、ベクトル201B及びベクトル202Bの各々が試料100の液面に対して垂直な同一直線150上に戻り、回転子1が安定状態となるように、回転モーメント(トルク)が回転子1にかかる。この回転モーメントは、回転子1を中心軸に対して回転させるトルクが印加され、回転子1が回転している状態においても同様に、回転子1に対して印加される。これにより、回転軸11が直線150と同一の直線上に位置する状態となり、試料100の液面と回転子底板1Aの上面とが平行となり、精度の高い試料100の粘性を求めるための回転子1の回転速度を求めることができる。そして、試料容器2に収容された試料100内に配置された回転子1の回転に伴い、回転子底板12と試料100との間に挟まれた試料100において、所定のずり速度を有するずり流動が生じ、このずり流動に基づくずり応力により回転子1の回転に対してて粘性トルクが生じる(後述)。   In the case described above, the rotational moment (torque) is applied to the rotor 1 so that each of the vector 201B and the vector 202B returns on the same straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100 and the rotor 1 is in a stable state. Take it. This torque is applied to the rotor 1 in the same manner even when the rotor 1 is rotating while a torque for rotating the rotor 1 about the central axis is applied. As a result, the rotating shaft 11 is positioned on the same straight line as the straight line 150, the liquid surface of the sample 100 and the upper surface of the rotor bottom plate 1A are parallel, and the rotor for obtaining the viscosity of the sample 100 with high accuracy. The rotational speed of 1 can be obtained. Then, as the rotor 1 disposed in the sample 100 accommodated in the sample container 2 rotates, the sample 100 sandwiched between the rotor bottom plate 12 and the sample 100 has a shear flow having a predetermined shear rate. And a viscous torque is generated with respect to the rotation of the rotor 1 due to the shear stress based on the shear flow (described later).

図4は、試料容器2に収容された試料100における回転子1の他の配置を説明するために試料容器2を側面から見た概念図である。図4において、浮き部1Bは、回転子底板1Aの上面に配置され、上部が蓋1Dにより密閉された外周面のみの筒形状をしており、内部300が空間となっている。蓋1Dは樹脂の厚さの薄い円板である。この内部300の空間により、回転子1に対して、試料100の比重に対応した浮力が発生する。この浮き部1Bの外周面は、樹脂製などの板を筒状にしたもの、あるいは樹脂製のパイプを中心軸に対して垂直に切断して、切断されたパイプの外周壁による円筒などを用いることができる。   FIG. 4 is a conceptual view of the sample container 2 as viewed from the side in order to explain another arrangement of the rotor 1 in the sample 100 accommodated in the sample container 2. In FIG. 4, the floating portion 1B is disposed on the upper surface of the rotor bottom plate 1A, has a cylindrical shape with only an outer peripheral surface sealed at the top by a lid 1D, and the interior 300 is a space. The lid 1D is a disk with a thin resin. Due to the space in the interior 300, buoyancy corresponding to the specific gravity of the sample 100 is generated on the rotor 1. As the outer peripheral surface of the floating portion 1B, a cylindrical plate made of a resin plate or the like, or a cylinder formed by cutting a resin pipe perpendicular to the central axis and using the outer peripheral wall of the cut pipe is used. be able to.

また、浮き部1Bは、内部300が他の部材で満たされた円筒、または内部空間がない円柱を用いても良い。この場合には、浮き部1Bに対して蓋1Dを設ける必要はない。
図4のように回転子1を完全に試料100内に沈ませた状態で粘性測定を行なう場合、試料100が上記蓋1Dの下面全面と試料容器蓋21下面全面とに接触するように、すなわち、試料容器2の内部に試料100を充填させる。試料容器2において、試料100が試料容器本体21と試料容器蓋22と挟まれた空間に充填される。これにより、試料容器2に収容された試料100内に配置された回転子1の回転に伴い、回転子底板12及び蓋1Dと試料100との間に挟まれた試料100にずり流動が生じ、回転子1の回転に対してて粘性トルクが生じる(後述)。
このとき、試料100の粘性の測定精度を上げるためには、回転子底板1Aの下面及び試料容器本体21の内部底面の対向する距離と、蓋1Dの上面及び試料容器蓋21の下面の対向する距離とを同様とする。
Further, the floating portion 1B may be a cylinder in which the interior 300 is filled with another member, or a column having no interior space. In this case, it is not necessary to provide the lid 1D for the floating portion 1B.
When the viscosity measurement is performed with the rotor 1 completely submerged in the sample 100 as shown in FIG. 4, the sample 100 is in contact with the entire lower surface of the lid 1D and the entire lower surface of the sample container lid 21. The sample 100 is filled in the sample container 2. In the sample container 2, the sample 100 is filled in a space between the sample container main body 21 and the sample container lid 22. Thereby, along with the rotation of the rotor 1 arranged in the sample 100 accommodated in the sample container 2, shear flow occurs in the sample 100 sandwiched between the rotor bottom plate 12 and the lid 1D and the sample 100, A viscous torque is generated with respect to the rotation of the rotor 1 (described later).
At this time, in order to increase the measurement accuracy of the viscosity of the sample 100, the opposing distance between the lower surface of the rotor bottom plate 1A and the inner bottom surface of the sample container body 21, and the upper surface of the lid 1D and the lower surface of the sample container lid 21 are opposed. The distance is the same.

本実施形態において、回転子1の重量の約60%は回転子底板1Aを構成する部材の質量であり、回転子1の重量の残りの約40%は浮き部1Bを構成する部材の質量である。また、回転子1の重量が約1.3g(グラム)の場合、この回転子1に加わる重力の大きさは1.3グラム重である。ここで、回転子1内部の空洞部分の体積は約0.8cmであり、試料の比重が1.0g/cmである場合、回転子1に加わる浮力は最大で0.8グラム重である。このため、回転子1は、試料容器2に収容された試料100において、完全に浮くことは無く、図4(a)及び図4(b)の各々に示すように試料200の中において、全てが完全に沈んだ状態となる。 In this embodiment, about 60% of the weight of the rotor 1 is the mass of the member constituting the rotor bottom plate 1A, and the remaining about 40% of the weight of the rotor 1 is the mass of the member constituting the floating portion 1B. is there. When the weight of the rotor 1 is about 1.3 g (grams), the magnitude of gravity applied to the rotor 1 is 1.3 gram weight. Here, when the volume of the hollow portion inside the rotor 1 is about 0.8 cm 3 and the specific gravity of the sample is 1.0 g / cm 3 , the maximum buoyancy applied to the rotor 1 is 0.8 gram weight. is there. For this reason, the rotor 1 does not float completely in the sample 100 accommodated in the sample container 2, and as shown in each of FIG. 4 (a) and FIG. Is completely sunk.

図4(a)は、回転子1が試料容器2に収容された試料100において、安定状態で沈んでいる状態を示している。試料中で自立している回転子1において、浮心202の位置が重心201の位置に比較して、より突起部1Cに近い位置となるように、浮き部1Bにより、回転子1に印加される浮力を調整している。浮心202にかかる浮力(回転子1の比重と試料との比重に基づく浮力)のベクトル202Bは、試料100の液面に対して垂直な上部方向に、この液面から離れる方向を向いている。一方、重心201にかかる重力(回転子1の質量)によるベクトル201は、試料100の液面に対して垂直な下部方向に、この液面から離れる方向を向いている。上記ベクトル201B及びベクトル202Bの各々が、試料100の液面に対して垂直な同一直線150上にある場合、すなわち重心201を通る試料100の液面に垂直な直線150上において当該直線150と平行にある場合、試料100内において対して安定状態で浮いている。   FIG. 4A shows a state where the rotor 1 is sinking in a stable state in the sample 100 accommodated in the sample container 2. In the rotor 1 that is self-supporting in the sample, the floating portion 202 is applied to the rotor 1 by the floating portion 1B so that the position of the buoyancy 202 is closer to the protruding portion 1C than the position of the center of gravity 201. The buoyancy is adjusted. A vector 202B of buoyancy applied to the buoyancy core 202 (buoyancy based on the specific gravity of the rotor 1 and the specific gravity of the rotor) is directed upward in a direction perpendicular to the liquid surface of the sample 100 and away from the liquid surface. . On the other hand, the vector 201 due to the gravity (mass of the rotor 1) applied to the center of gravity 201 is directed in the lower direction perpendicular to the liquid surface of the sample 100 and away from the liquid surface. When each of the vector 201B and the vector 202B is on the same straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100, that is, on a straight line 150 passing through the center of gravity 201 and perpendicular to the liquid surface of the sample 100, the vector 201B and the vector 202B are parallel to the straight line 150. In this case, the sample 100 floats in a stable state in the sample 100.

図4(b)は、回転子1が試料容器2に収容された試料100において、不安定状態で浮いている状態を示している。図4(b)においては、回転子1に対して何らかの力が印加され、試料100の液面に垂直な直線150方向と、回転子底板1Aの上面に垂直な直線160の方向とが角度θ異なっている。このとき、図3(b)の場合と同様に、上記ベクトル201B及びベクトル202Bの各々が、試料100の液面に対して垂直な同一直線150上に存在していない。   FIG. 4B shows a state in which the rotor 1 floats in an unstable state in the sample 100 accommodated in the sample container 2. In FIG. 4B, some force is applied to the rotor 1, and the direction of the straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100 and the direction of the straight line 160 perpendicular to the upper surface of the rotor bottom plate 1A are at an angle θ. Is different. At this time, as in the case of FIG. 3B, the vectors 201 </ b> B and 202 </ b> B do not exist on the same straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100.

すなわち、ベクトル201B及びベクトル202Bの各々が試料100の液面に対して垂直な同一直線150上に戻り、回転子1が安定状態となるように、回転モーメント(トルク)が回転子1にかかる。この回転モーメントは、回転子1を中心軸に対して回転させるトルクが印加され、回転子1が回転している状態においても同様に、回転子1に対して印加される。これにより、回転軸11が直線150と同一の直線上に位置する状態となり、試料100の液面と回転子底板1Aの上面とが平行となり、精度の高い試料100の粘性を求めるための回転子1の回転速度を求めることができる。   That is, the rotation moment (torque) is applied to the rotor 1 so that each of the vector 201B and the vector 202B returns on the same straight line 150 perpendicular to the liquid surface of the sample 100 and the rotor 1 is in a stable state. This torque is applied to the rotor 1 in the same manner even when the rotor 1 is rotating while a torque for rotating the rotor 1 about the central axis is applied. As a result, the rotating shaft 11 is positioned on the same straight line as the straight line 150, the liquid surface of the sample 100 and the upper surface of the rotor bottom plate 1A are parallel, and the rotor for obtaining the viscosity of the sample 100 with high accuracy. The rotational speed of 1 can be obtained.

図1において、試料台6の上面に、試料100が充填された試料容器2が設けられている。この試料台6の下部には、モーター4のモーター軸4aが接続された磁石固定台7が試料台6と平行に設けられている。モーター4のモーター軸4aを回転させることにより、磁石固定台7が回転することになる。この磁石固定台7の上面には、第1磁石3_1(第3磁石3_3)、第2磁石3_2(第4磁石3_4)が設けられている。   In FIG. 1, a sample container 2 filled with a sample 100 is provided on the upper surface of the sample stage 6. A magnet fixing base 7 to which the motor shaft 4 a of the motor 4 is connected is provided below the sample base 6 in parallel with the sample base 6. By rotating the motor shaft 4a of the motor 4, the magnet fixing base 7 is rotated. On the upper surface of the magnet fixing base 7, a first magnet 3_1 (third magnet 3_3) and a second magnet 3_2 (fourth magnet 3_4) are provided.

磁石固定台7は、回転磁場を発生させる磁石を固定する平板状の板部材である。例えば、磁石固定台7の上面には、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4の各々が固定して設けられている。この磁石固定台7は、回転子底板1Aと平行となるように配置されている。第1磁石3_1及び第2磁石3_3の各々は、磁石固定台7の上面側にS極が接し、N極が回転子底板1Aと対向するように設けられている。第2磁石3_2及び第4磁石3_4の各々は、磁石固定台7の上面側にN極が接し、S極が回転子底板1Aと対向するように設けられている。   The magnet fixing base 7 is a flat plate member that fixes a magnet that generates a rotating magnetic field. For example, the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 are fixedly provided on the upper surface of the magnet fixing base 7. The magnet fixing base 7 is disposed so as to be parallel to the rotor bottom plate 1A. Each of the first magnet 3_1 and the second magnet 3_3 is provided such that the south pole is in contact with the upper surface side of the magnet fixing base 7 and the north pole faces the rotor bottom plate 1A. Each of the second magnet 3_2 and the fourth magnet 3_4 is provided such that the N pole is in contact with the upper surface side of the magnet fixing base 7 and the S pole is opposed to the rotor bottom plate 1A.

したがって、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石の各々は、隣接する磁石と互いに異なる極性の磁極が試料容器2の下面と対向する配置となっている。また、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石の各々は、それぞれ直方体であり、上面の高さが同様となるように、上面が互いに平行に配置されている。   Therefore, each of the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet is arranged so that the magnetic poles having different polarities from the adjacent magnets face the lower surface of the sample container 2. In addition, each of the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet is a rectangular parallelepiped, and the upper surfaces thereof are arranged in parallel to each other so that the height of the upper surface is the same.

図5は、磁石固定台7における回転磁界発生するために設けられた磁石の固定状態を示す平面図である。図5(a)は、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石の各々の配置を示している。第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4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。一方、図5(b)は、第5磁石3_5及び第6磁石3_6の各々の配置を示している。   FIG. 5 is a plan view showing a fixed state of a magnet provided to generate a rotating magnetic field in the magnet fixing base 7. FIG. 5A shows the arrangement of each of the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet. The first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 are alternately arranged symmetrically with respect to the rotation axis of the magnet fixing base 7. On the other hand, FIG. 5B shows the arrangement of each of the fifth magnet 3_5 and the sixth magnet 3_6.

本実施形態においては、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石を用いているが、回転磁界を生成できれば、磁石はいくつでも構わない。すなわち、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における回転子1の回転子底板1Aの回転方向に沿って、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、永久磁石の上面が水平面となるように、試料容器2に充填された試料100の液面と対向するように、試料容器2の上部に配置する構成としても良い。   In the present embodiment, the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet are used, but any number of magnets may be used as long as a rotating magnetic field can be generated. That is, although not shown, a plurality of (N, N = 2n, n is an integer of n ≧ 1) small magnets are arranged along the rotation direction of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 in the sample container 2. The magnetic poles on the upper surface may be arranged so that N poles and S poles are alternated. Further, the magnet fixing base 7 may be arranged on the upper part of the sample container 2 so as to face the liquid surface of the sample 100 filled in the sample container 2 so that the upper surface of the permanent magnet becomes a horizontal plane.

図1に戻り、試料台6は、試料100が充填された試料容器2を固定する平板状の板部材であり、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、回転子1は、試料容器2内部の試料100中において、回転子底板1Aと、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石の各々が回転した際における、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石それぞれの上面が形成する平面と平行となる。
上述した試料台6、磁石固定台7、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石の各々の配置から、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石それぞれにより、試料容器2における回転子1に対して垂直方向の磁場(垂直となる磁場成分でも良い)を発生させることができる。
Returning to FIG. 1, the sample stage 6 is a flat plate member that fixes the sample container 2 filled with the sample 100, and is arranged such that the upper surface is parallel to the upper surface of the magnet fixing table 7.
Thereby, the rotor 1 is obtained when the rotor bottom plate 1A, the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet rotate in the sample 100 inside the sample container 2. The upper surface of each of the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet is parallel to the plane formed.
From the arrangement of the sample table 6, the magnet fixing table 7, the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet, the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and Each of the fourth magnets can generate a magnetic field perpendicular to the rotor 1 in the sample container 2 (or a perpendicular magnetic field component).

モーター4は、磁石固定台7を、磁石固定台7の表面に垂直なモーター軸4a方向で回転させる駆動機構であり、モーター軸4aが磁石固定台7の上面に対して垂直となるように固定されている。
また、平面視において、回転子1の回転子底板1Aが試料容器2の内壁に接触せず、かつ試料100に接して回転する位置に、回転子1の回転軸11が配設されるように、試料容器2とモーター4とが配置されている。
すなわち、平面視において、試料容器2の底面の中心と、モーター4のモーター軸4aの軸方向とが重なる位置に、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 the direction of the motor shaft 4 a perpendicular to the surface of the magnet fixing base 7, and is fixed so that the motor shaft 4 a is perpendicular to the upper surface of the magnet fixing base 7. Has been.
Further, in plan view, the rotating shaft 11 of the rotor 1 is disposed at a position where the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 does not contact the inner wall of the sample container 2 and rotates in contact with the sample 100. The sample container 2 and the motor 4 are arranged.
That is, the sample container 2 and the motor 4 are arranged at a position where the center of the bottom surface of the sample container 2 and the axial direction of the motor shaft 4a of the motor 4 overlap in plan view.

また、試料容器2内に充填された試料100中における回転子1の回転子底板1Aに対して回転磁場を与え、回転軸11を回転中心として回転させる際、磁石固定台7をモーター4により回転させる。これにより、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石の各々が回転し、回転子底板1Aに対して回転磁界が与えられる。このとき、回転子底板1Aに対する回転磁場の印加状態により、回転子1の回転軸11が試料容器2の底面の中心からずれる場合がある。
ここで、平面視において、回転子1の回転子底板1Aの面積に比較し、試料容器2の内部の底部の面積を大きく作製する。これにより、回転子1の回転軸11が試料容器2の底面の中心からずれても、試料容器2の内部の側壁に接触することはない。しかしながら、試料容器2を大きく作製するため、粘性ηの測定に必要な試料容器2内に充填する試料100の量が多くなる。
Further, when a rotating magnetic field is applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 in the sample 100 filled in the sample container 2 and the rotating shaft 11 is rotated about the rotation center, the magnet fixing base 7 is rotated by the motor 4. Let Accordingly, each of the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet rotates, and a rotating magnetic field is applied to the rotor bottom plate 1A. At this time, the rotating shaft 11 of the rotor 1 may deviate from the center of the bottom surface of the sample container 2 depending on the application state of the rotating magnetic field to the rotor bottom plate 1A.
Here, in plan view, the area of the bottom portion inside the sample container 2 is made larger than the area of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1. Thereby, even if the rotating shaft 11 of the rotor 1 is deviated from the center of the bottom surface of the sample container 2, it does not come into contact with the side wall inside the sample container 2. However, since the sample container 2 is made large, the amount of the sample 100 filled in the sample container 2 necessary for measuring the viscosity η increases.

このため、図3及び図4の各々に示したように、本実施形態においては、試料容器本体21の内部底面の一部に滑らかな溝部(凹部)21Cを設けている。この溝部21Cを設けることにより、回転子1の回転時において、回転子1の回転子底板1Aの突起部1C(回転軸11の下部部分である凸部)が溝部21Cに中心を一致して接触するように、重力により配設される。溝部21Cに対して回転子底板1Aの突起部1Cが挿入された状態で、回転子1が回転する。このため、回転子底板1Aの下面と試料容器本体21の内部の底面との間隔が、精度良く一定に保たれ、試料100中における回転子底板1Aのずり速度を安定して保つことができ、試料100の粘性測定の精度が向上する。   For this reason, as shown in each of FIGS. 3 and 4, in the present embodiment, a smooth groove (concave portion) 21 </ b> C is provided on a part of the inner bottom surface of the sample container main body 21. By providing this groove portion 21C, when the rotor 1 rotates, the protrusion 1C of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 (the convex portion which is the lower portion of the rotating shaft 11) contacts the center of the groove portion 21C. So that it is arranged by gravity. The rotor 1 rotates with the protrusion 1C of the rotor bottom plate 1A inserted into the groove 21C. For this reason, the distance between the lower surface of the rotor bottom plate 1A and the bottom surface inside the sample container main body 21 can be kept constant with high accuracy, and the shear rate of the rotor bottom plate 1A in the sample 100 can be stably maintained. The accuracy of the viscosity measurement of the sample 100 is improved.

図6は、複数の異なる粘性ηを有する標準試料における、モーター4の回転数ΩMと対応する標準試料での回転子1の回転数ΩD各々との関係を示す図である。図6において、横軸は回転数ΩMと回転数ΩDとの回転差ΩMD(回転数ΩM−回転数ΩD)を示し、縦軸は回転子1の回転数ΩDを示している。ここで使用した各標準試料の粘性ηは、例えば、それぞれ異なり、試料Aが0.5(mPa・s)、試料Bが1.0(mPa・s)である。そして、この図6から粘性ηの異なる標準試料毎の回転差ΩMDと回転数ΩDとの関係、すなわち傾きΩD/ΩMDの対応を示す曲線を最低二乗法などにより求める。この傾きΩMD/ΩDは、各標準試料の粘性ηと比例するものである。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the number of revolutions ΩM of the motor 4 and the number of revolutions ΩD of the rotor 1 in the corresponding standard sample in a plurality of standard samples having different viscosities η. In FIG. 6, the horizontal axis represents the rotational difference ΩMD (rotational speed ΩM−rotational speed ΩD) between the rotational speed ΩM and the rotational speed ΩD, and the vertical axis represents the rotational speed ΩD of the rotor 1. The viscosity η of each standard sample used here is different, for example, and is 0.5 (mPa · s) for sample A and 1.0 (mPa · s) for sample B. Then, from FIG. 6, a curve indicating the relationship between the rotation difference ΩMD and the rotation number ΩD for each standard sample having different viscosities η, that is, the correspondence between the gradient ΩD / ΩMD is obtained by the least square method or the like. This slope ΩMD / ΩD is proportional to the viscosity η of each standard sample.

図1に戻り、回転検出センサ5は、試料容器2の試料100中の回転子1の検出可能な位置に設けられたマークが検出できる位置として、試料容器2の上部方向の位置に配置され、この回転子1に付加されたマーク(図3及び図4の各々の浮き部1Bの側壁の上面に設けられたマーク30)の回転における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、回転子1のマーク30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。   Returning to FIG. 1, the rotation detection sensor 5 is disposed at a position in the upper direction of the sample container 2 as a position where a mark provided at a detectable position of the rotor 1 in the sample 100 of the sample container 2 can be detected. The position in rotation of the mark (mark 30 provided on the upper surface of the side wall of each floating portion 1B in FIGS. 3 and 4) added to the rotor 1 is optically detected. That is, the rotation detection sensor 5 emits laser light from the light irradiating unit, makes reflected light from the mark 30 of the rotor 1 incident on the light receiving unit, and outputs a detection electric signal corresponding to the intensity of the incident light.

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、回転子1に付加されたマークの、この回転子1の回転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(すなわち、回転子1のマークの周回数、マーク(図3及び図4の各々の浮き部1Bの側壁の上面に設けられたマーク30)が一回転した場合に周回数は1)を検出するようにしても良い。また、回転子1において、回転子底板1Aの上面における、上記検出可能な位置に上記マークを付加(配置)し、上述した回転子1の回転数を上記撮像装置により計測するようにしても良い。   Further, instead of the rotation detection sensor 5, an imaging device in which a lens and an imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) are added to the microscope is provided, and the mark added to the rotor 1 moves in the rotation of the rotor 1. A captured image obtained by enlarging the state is output, and the number of rotations (that is, the number of rotations of the mark of the rotor 1 and the mark (provided on the upper surface of the side wall of each floating portion 1B in FIGS. 3 and 4) is output from image processing. When the mark 30) rotates once, the number of turns may be detected as 1). Further, in the rotor 1, the mark may be added (arranged) to the detectable position on the upper surface of the rotor bottom plate 1A, and the rotational speed of the rotor 1 described above may be measured by the imaging device. .

また、回転子1の回転子底板1Aの内面、あるいは浮き部1Bの側壁の外周面、または突起部1Cに対して、レーザを照射し、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し、回転子1の回転数を検出する構成としても良い。
また、回転子1における回転子底板1Aまたは浮き部1Bの一部を誘電体で置き換え、測定電極間に回転子底板1Aまたは浮き部1Bが挟まれる電極対を、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、コンデンサを構成する。そして、回転検出センサ5は、回転を検出するためのマークとしての誘電体(例えば、図3及び図4の各々の浮き部1Bの側壁の上面に設けられたマーク30)が、配置した電極間を通過する際、検出電気信号を出力する。すなわち、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、回転子110の回転数を検出するように構成しても良い。
Further, the inner surface of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 or the outer peripheral surface of the side wall of the floating portion 1B or the projection 1C is irradiated with laser, and the change in reflection and interference pattern due to the rotation is optically measured. A configuration may be adopted in which the number of rotations of the rotor 1 is detected.
Further, a part of the rotor bottom plate 1A or the floating portion 1B in the rotor 1 is replaced with a dielectric, and an electrode pair in which the rotor bottom plate 1A or the floating portion 1B is sandwiched between measurement electrodes is used as a magnet fixing base 7 shown in FIG. Place the capacitor in a position where it will not interfere with the rotation of the capacitor. Then, the rotation detection sensor 5 has a dielectric as a mark for detecting the rotation (for example, a mark 30 provided on the upper surface of the side wall of each floating portion 1B in FIGS. 3 and 4) between the electrodes disposed. When passing through, a detection electric signal is output. That is, when the dielectric as a mark passes between the electrodes, the rotation detection unit 81 detects a change in the capacitance of the capacitor constituted by the electrodes, and detects the number of times of the change in the capacitance during a predetermined period (for example, 1 second). In addition, the rotational speed of the rotor 110 may be detected.

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3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4の各々が回転し、時間的に変動する磁場として回転磁場が磁石固定台7の上面に空間に形成される。
この回転磁場により、回転子1の回転子底板1Aに対してトルクを与えて、試料容器2における試料100中において回転子1を回転させ等速回転運動をさせる。そして、回転子1の試料100内における回転速度から試料100の粘性η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 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 rotates, and the rotating magnetic field is a magnetic field that varies with time. Is formed in a space on the upper surface of the magnet fixing base 7.
Torque is applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 by this rotating magnetic field, and the rotor 1 is rotated in the sample 100 in the sample container 2 to perform a constant speed rotation motion. A method for measuring the viscosity η of the sample 100 from the rotation speed in the sample 100 of the rotor 1 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、回転子1の回転検出を行い、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、回転数ΩDを求めて出力する。また、回転検出部81は、回転子1の回転数の検出において、回転検出センサ5の検出電気信号を用いるのではなく、撮像装置の撮像画像を用いる場合、撮像装置が撮像して出力する撮像画像から、回転子1に付加したマークを画像処理により検出し、単位時間当たりの回転数ΩDを求めるようにしても良い。また、コンデンサの構成を用いた場合、回転検出部81は、検出電気信号により電極対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、回転子1の回転数ΩDを検出するように構成しても良い。
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 rotation of the rotor 1 based on the detection electric signal supplied from the rotation detection sensor 5, and determines the number of detections per unit time (for example, 1 second) as the number of rotations per unit time (rpm : Revolutions per minute), and output the rotation speed ΩD. In addition, the rotation detection unit 81 does not use the detection electric signal of the rotation detection sensor 5 in detection of the number of rotations of the rotor 1 but uses an image picked up by the image pickup device. A mark added to the rotor 1 may be detected from the image by image processing, and the rotation speed ΩD per unit time may be obtained. Further, when the capacitor configuration is used, the rotation detection unit 81 detects the capacitance change of the capacitor configured by the electrode pair based on the detection electric signal, and detects the number of times of the capacitance change in a predetermined period (for example, 1 second). Alternatively, the rotational speed ΩD of the rotor 1 may be detected.

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における傾きΩD/ΩMD(=ΩM−ΩD)を求め、この傾きの逆数ΩMD/ΩDを求める。このとき、粘性検出部82は、回転磁場制御部83(後述)に対して、異なる複数の回転速度ΩMでモーター4を回転させる制御を行い、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、回転速度ΩMにおいて試料容器2に入れた試料100中の回転子1の回転速度ΩD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、検出した回転速度ΩDを、制御信号に対応して粘性検出部82へ出力する。   As in the case of the standard sample described above, the viscosity detector 82 obtains the slope ΩD / ΩMD (= ΩM−ΩD) of the sample 100 and obtains the reciprocal ΩMD / ΩD of this slope. At this time, the viscosity detection unit 82 controls the rotating magnetic field control unit 83 (described later) to rotate the motor 4 at a plurality of different rotation speeds ΩM, and sends a control signal to the rotation detection unit every time the number of rotations is changed. 81. The rotation detection unit 81 inputs the rotation speed ΩD of the rotor 1 in the sample 100 in the sample container 2 at the rotation speed ΩM from the rotation detection sensor 5 every time a control signal is supplied from the viscosity detection unit 82. Then, the rotation detection unit 81 outputs the detected rotation speed ΩD to the viscosity detection unit 82 corresponding to the control signal.

そして、粘性検出部82は、標準データ記憶部84(後述)に記憶されている粘性検出テーブルから、試料100の逆数ΩMD/ΩD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(mPa・s)として出力する。ここで、標準データ記憶部84に実験式が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から上記実験式を読み出し、この実験式に対して傾きの逆数ΩMD/ΩDを代入し、試料100の粘性η(mPa・s)を算出して求める構成としても良い。   Then, the viscosity detection unit 82 reads out the viscosity η (mPa · s) corresponding to the reciprocal ΩMD / ΩD of the sample 100 from the viscosity detection table stored in the standard data storage unit 84 (described later). Is output as the viscosity η (mPa · s). Here, when the empirical formula is stored in the standard data storage unit 84, the viscosity detection unit 82 reads the empirical formula from the standard data storage unit 84, and substitutes the inverse of the slope ΩMD / ΩD for this empirical formula. The viscosity η (mPa · s) of the sample 100 may be calculated and obtained.

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が回転することになり、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4の各々により発生する磁場が回転し、回転子1を試料100中において等速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. Thereby, the magnet fixing base 7 rotates via the motor shaft 4a, and the magnetic fields generated by the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 rotate and rotate. A rotating magnetic field for rotating the child 1 in the sample 100 at a constant speed is generated.

標準データ記憶部84は、図6の関係図から求めた粘性η(mPa・s)と、傾きの逆数ΩMD/ΩDとの対応を示す粘性検出テーブルが記憶されている。
この粘性検出テーブルは、以下の様に作成されている。図6において説明したように、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に入れ(充填し)、標準試料中に回転子1を入れ、予め設定した複数の回転数ΩM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ΩMに対応した回転子1の回転数ΩD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回転数ΩDの測定を、複数の異なる粘性ηを有する標準試料(予め粘性ηの判っている試料)に対して行う。
また、粘性検出テーブルではなく、粘性η(mPa・s)と、傾きの逆数ΩMD/ΩDとの対応を示す実験式が記憶されていても良い。
装置制御部85は、粘性測定部8内の各部の動作の制御を行う。
The standard data storage unit 84 stores a viscosity detection table indicating the correspondence between the viscosity η (mPa · s) obtained from the relationship diagram of FIG. 6 and the reciprocal of the slope ΩMD / ΩD.
This viscosity detection table is created as follows. As described with reference to FIG. 6, in the viscosity measuring apparatus of the present embodiment, a standard sample whose viscosity is known in advance is placed (filled) in the sample container 2, and the rotor 1 is placed in the standard sample. When the motor 4 is rotated at the rotation speed ΩM, the rotation speed ΩD of the rotor 1 corresponding to the rotation speed ΩM of each motor 4 is measured by the rotation detection unit 81 described above. The rotation speed ΩD is measured for the standard sample with respect to a plurality of standard samples having different viscosity η (samples whose viscosity η is known in advance).
Further, instead of the viscosity detection table, an empirical formula indicating the correspondence between the viscosity η (mPa · s) and the reciprocal of the slope ΩMD / ΩD may be stored.
The device control unit 85 controls the operation of each unit in the viscosity measurement unit 8.

図7は、図6に示す関係図から求められた各試料(試料A及び試料B)のずり速度依存性を示す図である。図7において、横軸はずり速度(Shere rate、1/s)を示し、縦軸は試料の粘性(viscosity、mPa・s)を示している。
この図において、各試料の粘性がずり速度に依存した関係にあることが示されているが、粘性の変化は試料の慣性の影響によるものであり、標準とする粘性を示す標準試料である粘度標準試料を用いて補正することができる。
純粋の粘性(粘度)が室温において、0.9(mPa・s)である。このことから、純粋よりも低い粘性を有する試料Aなどに対しても、本実施形態により粘性の差を高い精度で検出できることが判る。
FIG. 7 is a diagram showing the shear rate dependence of each sample (sample A and sample B) obtained from the relationship diagram shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis shows the shear rate (Shere rate, 1 / s), and the vertical axis shows the viscosity (viscosity, mPa · s) of the sample.
In this figure, it is shown that the viscosity of each sample is dependent on the shear rate, but the change in viscosity is due to the influence of the inertia of the sample. Correction can be made using a standard sample.
Pure viscosity (viscosity) is 0.9 (mPa · s) at room temperature. From this, it can be seen that the present embodiment can detect a difference in viscosity with high accuracy even for a sample A or the like having a viscosity lower than pure.

次に、回転子1の回転子底板1Aに対して回転トルクを与える方法について説明する。図1において、第1磁石3_1のN極及び第4磁石3_4と、第2磁石3_2及び第4磁石3_3のS極とにより、ある基準面(回転子底板1Aを含む平面)に対して垂直な磁場が発生する。この基準面を、x軸及びy軸からなる基準2次元平面とし、この2次元平面において回転する回転子1の回転子底板1Aの回転軸11の軸方向をz軸とする。
以降、基準2次元平面あるいはその近傍の点(x,y,z)における磁場のz軸成分をBz(x,y)として示す。
Next, a method for applying rotational torque to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 will be described. In FIG. 1, the N pole and the fourth magnet 3_4 of the first magnet 3_1 and the S pole of the second magnet 3_2 and the fourth magnet 3_3 are perpendicular to a certain reference plane (a plane including the rotor bottom plate 1A). A magnetic field is generated. This reference plane is a reference two-dimensional plane composed of an x-axis and a y-axis, and the axial direction of the rotary shaft 11 of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 rotating on this two-dimensional plane is the z-axis.
Hereinafter, the z-axis component of the magnetic field at the reference two-dimensional plane or a point (x, y, z) in the vicinity thereof is shown as Bz (x, y).

すでに述べたように、磁場は、基準2次元平面に対して垂直であるため、z軸に依存しないと仮定しているが、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、回転子1の回転子底板1Aに対して回転トルクを与えることに支障とならない。
以下の説明において、回転子底板1Aを金属で形成し、この回転子底板1Aに加わる回転トルクを計算する。また、便宜的に最初は直交座標を採用し、回転子底板1Aの鉛直上方を+z方向とし、回転子底板1Aをx−y平面に起き、回転子底板1Aの中心(回転軸11と回転子底板1Aとの交点)を原点とする。さらに、磁石固定台7が回転することにより、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4の生成する回転磁界を以下の(1)式により表す。
As described above, since the magnetic field is perpendicular to the reference two-dimensional plane, it is assumed that the magnetic field does not depend on the z axis. However, depending on the z axis, there is no problem in the following description. In addition, if there is a magnetic field component perpendicular to the reference two-dimensional plane, even if there are other magnetic field components that are not perpendicular to the reference two-dimensional plane, the rotor 1 rotates relative to the rotor bottom plate 1A. Does not hinder the application of torque.
In the following description, the rotor bottom plate 1A is formed of metal, and the rotational torque applied to the rotor bottom plate 1A is calculated. Also, for convenience, orthogonal coordinates are initially adopted, the vertically upper side of the rotor bottom plate 1A is set to the + z direction, the rotor bottom plate 1A is raised in the xy plane, and the center of the rotor bottom plate 1A (rotation with the rotation shaft 11) is performed. The intersection point with the bottom plate 1A is the origin. Further, the rotating magnetic field generated by the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 as the magnet fixing base 7 rotates is expressed by the following equation (1).

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上記(1)式において、rは回転軸からの距離を示し、Bはz軸方向の磁界を示し、B(r)は回転半径方向の磁界を示し、ωは回転角速度を示し、tは時間を示し、nは磁石の組の数を示し、θは磁石固定台7の回転角度を示している。図1に示す本実施形態の場合、試料台6に対向する磁極がN極及びS極との磁石の組が2組であるため、nは2である。
また、時間変動する磁場Bによって生じる(誘起される)電場Eは以下の(2)式で与えられる。磁場B及び電場Eはベクトルである。
In the above equation (1), r represents the distance from the rotation axis, B z represents the magnetic field in the z-axis direction, B (r) represents the magnetic field in the rotational radius direction, ω represents the rotational angular velocity, and t is Time indicates n, the number of sets of magnets, and θ indicates the rotation angle of the magnet fixing base 7. In the case of the present embodiment shown in FIG. 1, n is 2 because there are two sets of magnets having N and S poles as the magnetic poles facing the sample stage 6.
An electric field E generated (induced) by the magnetic field B that varies with time is given by the following equation (2). The magnetic field B and the electric field E are vectors.

Figure 2018146312
Figure 2018146312

この(2)式において、磁場Bはz方向成分のみの磁場Bを有すると仮定するが、z軸方向以外の成分があっても以下の議論は成り立つ。
回転子1における導電性のディスク状の回転子底板1A内を流れる電流ベクトルi(誘導される誘導電流の電流ベクトル)はi=σEであり、ここで、σは導電率である。i及びEはベクトルである。電流ベクトルiに対して発散は「0」なので、div i=0である。したがって、電場Eについて、以下の(3)式を満たす渦ポテンシャル(vortex potential)φが存在する。
In this equation (2), it is assumed that the magnetic field B has a magnetic field B z having only a z-direction component, but the following argument holds even if there are components other than the z-axis direction.
The current vector i (current vector of the induced current induced) flowing through the conductive disc-like rotor bottom plate 1A in the rotor 1 is i = σE, where σ is the conductivity. i and E are vectors. Since the divergence is “0” for the current vector i, div i = 0. Therefore, for the electric field E, there exists a vortex potential φ that satisfies the following expression (3).

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上記(3)式において、Eは2次元座標系におけるx軸方向の電場を示し、Eは2次元座標系におけるy軸方向の電場を示している。
上記(3)式を(2)式に代入し、以下の(4)式を得る。
In the above equation (3), E x represents an electric field in the x-axis direction in the two-dimensional coordinate system, and E y represents an electric field in the y-axis direction in the two-dimensional coordinate system.
The above equation (3) is substituted into equation (2) to obtain the following equation (4).

Figure 2018146312
Figure 2018146312

(2)式と(4)式とにより、以下の(5)式が得られる。   The following equation (5) is obtained from the equations (2) and (4).

Figure 2018146312
Figure 2018146312

(5)式を磁場の具体的な表式で表現すると、以下の(6)式として表される。   When the expression (5) is expressed by a specific expression of the magnetic field, it is expressed as the following expression (6).

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上記(6)式において、B(r)は回転半径方向の磁界を示し、ωは回転角速度を示し、tは時間を示し、nは磁石の組の数を示し、θは磁石固定台7の回転角度を示し、φは渦ポテンシャルを示している。   In the above equation (6), B (r) represents the magnetic field in the radial direction of rotation, ω represents the rotational angular velocity, t represents time, n represents the number of magnet pairs, and θ represents the number of magnet fixing bases 7. The rotation angle is indicated, and φ indicates the vortex potential.

上記(6)式から以下の(7)式が得られる。   From the above equation (6), the following equation (7) is obtained.

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上記(7)式において、J(kr)は第1種ベッセル関数を示し、kは式(7)の積分を実行する際の積分変数を示し、rは回転半径を示し、ωは回転角速度を示し、tは時間を示し、θは磁石固定台7の回転角度を示している。
また、上記(7)式において、係数A(k)はB(r)のHankel変換係数であり、以下の(8)式で表される。
In the above equation (7), J n (kr) represents a first-type Bessel function, k represents an integration variable for executing the integration of equation (7), r represents a rotation radius, and ω represents a rotation angular velocity. , T represents time, and θ represents the rotation angle of the magnet fixing base 7.
In the above equation (7), the coefficient A (k) is the Hankel transform coefficient of B (r) and is expressed by the following equation (8).

Figure 2018146312
Figure 2018146312

以下の説明は、3次元座標系から円筒座標系に移行する。(3)式で得られる電場Ex及び電場Eyの各々から、半径方向における電場Er及び動径方向における電場Eθをそれぞれ求めると、以下の(9)式のように表せる。(9)式において、θは磁石固定台7の回転角度を示し、rは回転半径を示している。   The following description moves from a three-dimensional coordinate system to a cylindrical coordinate system. When the electric field Er in the radial direction and the electric field Eθ in the radial direction are respectively obtained from the electric field Ex and the electric field Ey obtained by the expression (3), they can be expressed as the following expression (9). In the equation (9), θ represents the rotation angle of the magnet fixing base 7, and r represents the rotation radius.

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上記(9)式において、電場(上記誘導電流に基づく電場)と磁場とのローレンツ相互作用を考えると、ローレンツ力の半径方向の成分の全積分は対称性により自明に0となる。
また、動径方向の成分は、Fθ=σEで与えられる。この動径方向の成分は、(7)式及び(9)式により、以下の(10)式で表される。(10)式において、ωは回転角速度を示し、θは磁石固定台7の回転角度を示し、nは磁石の組の数を示し、係数A(k)はB(r)のHankel変換係数を示し、J(kr)は第1種ベッセル関数を示し、kは式(7)の積分を実行する際の積分変数を示し、rは回転半径を示している。
In the above equation (9), considering the Lorentz interaction between the electric field (the electric field based on the induced current) and the magnetic field, the total integral of the radial components of the Lorentz force is obviously zero due to symmetry.
The radial component is given by F θ = σE r B z . This radial component is expressed by the following equation (10) by the equations (7) and (9). In equation (10), ω represents the rotational angular velocity, θ represents the rotational angle of the magnet fixing base 7, n represents the number of magnet pairs, and the coefficient A (k) represents the Hankel transformation coefficient of B (r). J n (kr) represents the first type Bessel function, k represents an integration variable when executing the integration of Expression (7), and r represents the radius of rotation.

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上記(10)式において、簡単のために磁場の動径方向の分布がBessel関数で近似できるものとする。すなわち、B(r)=B(kr)のとき、回転磁場が回転子底板1Aに与えるトルクTは、以下の(11)式で求めることができる。ここで、Bは磁場の強度を示している。(11)式において、nは磁石の組の数を示し、ωは回転角速度を示し、Bは式(7)の積分を実行する際の積分変数を示し、J(kr)は第1種ベッセル関数を示している。 In the above equation (10), for the sake of simplicity, the radial distribution of the magnetic field can be approximated by a Bessel function. That is, when B (r) = B 0 J n (kr), the torque T applied to the rotor bottom plate 1A by the rotating magnetic field can be obtained by the following equation (11). Here, B 0 indicates the strength of the magnetic field. In equation (11), n represents the number of magnet pairs, ω represents the rotational angular velocity, B 0 represents an integration variable when performing the integration of equation (7), and J n (kr) represents the first A seed Bessel function is shown.

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上述したように、回転する磁場により回転子1の回転子底板1AにトルクTが働くことが判った。実際の粘性・弾性測定装置においては、回転子底板1Aに対して働くトルクTにより、回転子1が試料100中を回転するため、上記における回転磁場の回転数ΩMは、磁場の回転数ΩMと回転子1の回転子底板1Aの回転数との差である回転数差ΩM−ΩDで置き換える。
この結果、回転子1の回転子底板1Aの導電体に発生する渦電流が回転トルク(トルクT)を受けることにより、回転子1の回転子底板1Aに対して回転トルクTが印加されることになる。回転子1の回転子底板1Aに対して回転トルクが印加された結果、回転子1は、試料100中において回転トルクTの印加される方向に回転することになる。
As described above, it has been found that the torque T acts on the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 by the rotating magnetic field. In the actual viscosity / elasticity measuring apparatus, the rotor 1 rotates in the sample 100 by the torque T acting on the rotor bottom plate 1A. Therefore, the rotational speed ΩM of the rotating magnetic field is the rotational speed ΩM of the magnetic field. The rotor 1 is replaced with a rotational speed difference ΩM−ΩD that is a difference from the rotational speed of the rotor bottom plate 1A.
As a result, the eddy current generated in the conductor of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 receives the rotation torque (torque T), whereby the rotation torque T is applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1. become. As a result of the rotation torque being applied to the rotor bottom plate 1 </ b> A of the rotor 1, the rotor 1 rotates in the sample 100 in the direction in which the rotation torque T is applied.

また、回転子底板1Aの回転に伴い試料100の粘性ηに対応したずり流動による粘性抵抗トルクが、回転子底板1A及び浮き部1Bに対して印加される。この粘性抵抗トルクのため、回転子1の回転数ΩDは、粘性抵抗トルクに比例した分、磁場の回転数ΩMには達しない。
したがって、回転子1の回転子底板1Aに印加される回転トルクTの大きさは、回転磁場の回転数ΩM(モーター4の回転数と同様)と、回転子1の回転数ΩDとの差に比例することになる。すなわち、回転子1の回転数ΩDが一定となった場合、この一定となった回転数ΩDは、試料100の粘性ηに反比例の関係を有している。
Along with the rotation of the rotor bottom plate 1A, a viscous resistance torque due to shear flow corresponding to the viscosity η of the sample 100 is applied to the rotor bottom plate 1A and the floating portion 1B. Due to this viscous resistance torque, the rotational speed ΩD of the rotor 1 does not reach the rotational speed ΩM of the magnetic field by an amount proportional to the viscous resistance torque.
Therefore, the magnitude of the rotational torque T applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 is the difference between the rotational speed ΩM of the rotating magnetic field (similar to the rotational speed of the motor 4) and the rotational speed ΩD of the rotor 1. It will be proportional. That is, when the rotational speed ΩD of the rotor 1 becomes constant, the constant rotational speed ΩD has an inversely proportional relationship with the viscosity η of the sample 100.

上述したように、回転子1の回転子底板1Aに印加される回転トルクTと、試料100中において回転する回転子1の回転数ΩDと、回転子1の半径(すなわち、回転子底板1Aの半径)rと、回転子底板1Aと試料容器本体21の内面の底との間の厚み(距離)、および浮き部1Bの蓋1Dと試料容器蓋22との間の厚み(距離)とにより、試料100の粘性ηを求められることが判る。
ここで、試料100の粘性ηの測定において、回転子1の回転子底板1Aに印加される回転トルクTは、予め粘性ηの判っている標準試料を用いて、すでに説明した図6に示したように、回転磁界の回転数ΩMと回転子1の回転数ΩDとの回転数差ΩMDの関数として求めておく。
As described above, the rotational torque T applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1, the rotational speed ΩD of the rotor 1 rotating in the sample 100, and the radius of the rotor 1 (that is, the rotor bottom plate 1A Radius) r, the thickness (distance) between the rotor bottom plate 1A and the bottom of the inner surface of the sample container main body 21, and the thickness (distance) between the lid 1D of the floating portion 1B and the sample container lid 22; It can be seen that the viscosity η of the sample 100 can be obtained.
Here, in the measurement of the viscosity η of the sample 100, the rotational torque T applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 is shown in FIG. 6 which has already been explained using a standard sample whose viscosity η is known in advance. Thus, it is obtained as a function of the rotational speed difference ΩMD between the rotational speed ΩM of the rotating magnetic field and the rotational speed ΩD of the rotor 1.

また、試料100を回転子底板1Aから下部の空間にのみ充填する場合、すなわち試料100が試料容器本体21の内面の底と回転子底板1Aの下面との間のみに充填される場合、試料100が回転子底板1Aの下面のみと接する。このため、図6に示す粘性検出テーブルを作成する際、同様の条件にて標準試料の測定を行う必要がある。
また、予め粘性ηを測定する試料100の密度が判っていれば、この試料100の密度に対応して、共通サイズの試料容器2に試料100を挿入した場合、均一の深さとなる適当な試料100の量を、秤により秤量する。この処理により、密度の異なる試料100毎に、試料容器2に測定時に入れる試料100の深さを均一にすることができる。
Further, when the sample 100 is filled only in the space below the rotor bottom plate 1A, that is, when the sample 100 is filled only between the bottom of the inner surface of the sample container body 21 and the lower surface of the rotor bottom plate 1A, the sample 100 Contacts only the lower surface of the rotor bottom plate 1A. For this reason, when preparing the viscosity detection table shown in FIG. 6, it is necessary to measure the standard sample under the same conditions.
If the density of the sample 100 for measuring the viscosity η is known in advance, an appropriate sample having a uniform depth can be obtained when the sample 100 is inserted into the sample container 2 having a common size corresponding to the density of the sample 100. Weigh 100 with a balance. By this processing, the depth of the sample 100 put into the sample container 2 at the time of measurement can be made uniform for each sample 100 having different densities.

ここで、本実施形態の粘性・弾性測定装置における粘性測定の精度について述べる。本実施形態の粘性・弾性測定装置では、時間変動する磁場(回転数ΩMの回転磁界)により回転子1の回転子底板1Aに対して、遠隔に既知のトルクTを印加し、その回転数ΩDを検出することで対象物質である試料100の粘性ηを測定する。
回転子1の回転子底板1Aに印加するトルクTについては、与えられる磁場の大きさから上記(11)式により求めてもよい。また、既知の粘性ηを持つ標準試料を用いた測定をあらかじめ行って決定してもよい。ここから求まるトルクTの大きさの決定精度は、原理的には任意に向上させることができ、実際には0.1%以上の精度で決定することが可能である。
Here, the accuracy of the viscosity measurement in the viscosity / elasticity measuring apparatus of the present embodiment will be described. In the viscosity / elasticity measuring apparatus according to this embodiment, a known torque T is applied remotely to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 by a time-varying magnetic field (rotating magnetic field having a rotational speed ΩM), and the rotational speed ΩD. Is detected, and the viscosity η of the sample 100 as the target substance is measured.
The torque T applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 may be obtained by the above equation (11) from the magnitude of the applied magnetic field. Alternatively, the measurement may be performed in advance using a standard sample having a known viscosity η. The determination accuracy of the magnitude of the torque T obtained from this can be arbitrarily improved in principle, and can actually be determined with an accuracy of 0.1% or more.

一方、回転子1の回転数ΩDを決定する要因には、検出対象の試料100の粘性η以外にも、回転子1の回転子底板1Aの突起部1Cと、試料容器本体21の内部の溝部21C底面との接触部における機械的な摩擦による回転トルクTが挙げられる。この回転トルクTは、以下の(12)式により示される程度であることが、理論的な計算及び実験的にも検証されている。 On the other hand, the factors that determine the rotational speed ΩD of the rotor 1 include the protrusion 1C of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 and the groove inside the sample container body 21 in addition to the viscosity η of the sample 100 to be detected. The rotational torque Tf by mechanical friction in a contact part with 21 C bottom face is mentioned. It has been verified theoretically and experimentally that the rotational torque T f is of the level indicated by the following equation (12).

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上記(12)式において、Mは回転子1の重量を示し、ρは試料100の比重を示し、Vは回転子1の試料100に没する部分の体積を示し、gは重力加速度を示し、μは回転子底板1Aの突起部1Cと試料容器本体21の内部の溝部21C底面との動摩擦係数を示し、Rcは回転子1の回転軸11の下部11eと試料容器本体21の底面21sとの接触部分の接触半径を示している。   In the above equation (12), M represents the weight of the rotor 1, ρ represents the specific gravity of the sample 100, V represents the volume of the portion of the rotor 1 that is immersed in the sample 100, g represents the gravitational acceleration, μ represents a dynamic friction coefficient between the protrusion 1C of the rotor bottom plate 1A and the bottom surface of the groove 21C inside the sample container main body 21, and Rc represents the lower portion 11e of the rotating shaft 11 of the rotor 1 and the bottom surface 21s of the sample container main body 21. The contact radius of the contact portion is shown.

また、回転子1における半径Rの円板型の回転子底板1Aにより、厚み(深さ)がdの試料100に対し、上面(回転子底板1Aの下面と接する面)での回転角度ω、下面(試料容器本体21の内部底面と接する面)での回転角速度0となるひずみを加えるのに必要なトルクTVISは、以下の(13)式により計算される。 In addition, the disk-shaped rotor bottom plate 1A having a radius R in the rotor 1 makes a rotation angle ω on the upper surface (the surface in contact with the lower surface of the rotor bottom plate 1A) with respect to the sample 100 having a thickness (depth) d, A torque T VIS required to apply a strain with a rotational angular velocity of 0 on the lower surface (the surface in contact with the inner bottom surface of the sample container main body 21) is calculated by the following equation (13).

Figure 2018146312
Figure 2018146312

上記(13)式において、Rは回転子1の回転半径を示し、ηは検出対象物質である試料100の粘性を示し、μは回転子1の回転子底板1Aの突起部1Cと試料容器本体21の内部の溝部21C底面との動摩擦係数を示し、dは回転子1の回転子底板1Aと試料容器本体21の内部底面とが対向する領域に挟まれた試料100の厚みを示している。   In the above equation (13), R represents the rotation radius of the rotor 1, η represents the viscosity of the sample 100 as the detection target substance, and μ represents the protrusion 1C of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 and the sample container body. 21 indicates the dynamic friction coefficient with the bottom surface of the groove portion 21C inside 21, and d indicates the thickness of the sample 100 sandwiched between regions where the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 and the internal bottom surface of the sample container body 21 face each other.

また、(13)式における係数αは、要求される粘性・弾性の測定精度とする。例えば、要求される測定精度αが1%のとき、α=0.01である。(12)式から得られる回転トルクTが、(13)式から得られるトルクTVISのα倍よりも小さければ、すなわち、以下の(14)式が成り立てば要求される測定精度αを得ることができる。試料100の粘性によるトルクTVISは、回転子1と試料容器本体21の底面21sとの接触による機械的摩擦のトルクTを1/α倍以上の大きさで優越し、これによって精度αでの粘性計測が可能になる。また、回転子1を安定して試料100において回転させるため、回転子1を試料100中に沈ませ、回転子1の回転子底板1Aの突起部1Cと、試料容器本体21の内部の溝部21C底面との接触させる必要がある。このため、(14)式における回転子1に印加される重力と浮力との関係は、M−ρV>0となる。 The coefficient α in the equation (13) is the required viscosity / elasticity measurement accuracy. For example, when the required measurement accuracy α is 1%, α = 0.01. If the rotational torque T f obtained from the equation (12) is smaller than α times the torque T VIS obtained from the equation (13), that is, if the following equation (14) is established, the required measurement accuracy α is obtained. be able to. The torque T VIS due to the viscosity of the sample 100 dominates the torque T f of mechanical friction due to the contact between the rotor 1 and the bottom surface 21s of the sample container body 21 by a factor of 1 / α or more, thereby achieving an accuracy α. Viscosity measurement is possible. Further, in order to stably rotate the rotor 1 in the sample 100, the rotor 1 is submerged in the sample 100, and the protrusion 1 </ b> C of the rotor bottom plate 1 </ b> A of the rotor 1 and the groove 21 </ b> C inside the sample container main body 21. It is necessary to make contact with the bottom. For this reason, the relationship between the gravity applied to the rotor 1 and the buoyancy in the equation (14) is M−ρV> 0.

Figure 2018146312
Figure 2018146312

この測定精度αは従来の手法においては10%程度であるが、より望ましくは1%程度が必要である。さらに、従来の手法では困難な精度である0.1%程度が得られることが望まれている。
上述したように、本実施形態によれば、検出対象の物質である試料100の量を、従来の測定に比較して少なくすることができる。
また、本実施形態によれば、回転磁界を生成する第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4の各々を、試料容器2を配設する試料台6の下部方向に配置することができ、粘性・弾性測定装置を従来に比較して小型化することが可能である。
The measurement accuracy α is about 10% in the conventional method, but more preferably about 1%. Furthermore, it is desired that about 0.1%, which is difficult accuracy with the conventional method, is obtained.
As described above, according to the present embodiment, the amount of the sample 100 that is the substance to be detected can be reduced as compared with the conventional measurement.
Further, according to the present embodiment, each of the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 that generate the rotating magnetic field is arranged in the lower direction of the sample stage 6 on which the sample container 2 is disposed. It is possible to reduce the size of the viscosity / elasticity measuring apparatus as compared with the conventional one.

また、回転磁場を生成する磁石は、図1においては、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4の2つの組み合わせを用いている。この場合、平面視において、2個のN極と2個のS極とが互い違いに配設された2組の組み合わせで、回転磁場を発生している。これに対して、(11)式によれば、回転子1の回転子底板1Aにトルクを与える磁石の組の数は1組以上の任意でよく、たとえば平面視して正方形の磁石2個を、S極とN極が互い違いになるように配置しても構わない。   Further, in FIG. 1, the combination of the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 is used as the magnet that generates the rotating magnetic field. In this case, the rotating magnetic field is generated by two sets of combinations in which two N poles and two S poles are alternately arranged in a plan view. On the other hand, according to the equation (11), the number of magnets for applying torque to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 may be arbitrarily set to one or more, for example, two square magnets in plan view. The S pole and the N pole may be arranged alternately.

また、上述した磁石固定台7を回転させ、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4により回転磁場を生成するのではなく、電磁石を用いて回転磁界を生成する構成としても良い。
図8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。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、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、電磁石を構成している。
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3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4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8に示す電磁石の構成を用いて回転磁場を生成しても良い。
In addition, the above-described magnet fixing base 7 is rotated, and a rotating magnetic field is generated using an electromagnet instead of generating a rotating magnetic field by the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4. It is good also as a structure.
FIG. 8 is a diagram showing an electromagnet in which a yoke 10 and teeth 10a, 10b, 10c and 10d protruding from the yoke 10 are arranged on a reference two-dimensional plane. A winding CL1 is wound around the teeth 10a and 10c in different winding directions, and similarly, a winding CL2 is wound around the teeth 10b and 10d in different winding directions to constitute an electromagnet.
Instead of generating a rotating magnetic field from the magnetic field emitted from the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 which are permanent magnets by rotating the magnet fixing base 7 by the motor 4 in FIG. You may generate | occur | produce a rotating magnetic field using the structure of the electromagnet shown in FIG. 8 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し、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電磁石各々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、時間的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7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、回転子1の回転子底板1Aに対してトルクを印加し、回転軸11を回転中心として回転子底板1Aの回転運動を、試料100内で行わせて、試料100の粘性ηを求める。
That is, a current is passed through the windings CL1 and CL2, a magnetic field perpendicular to the reference two-dimensional plane is generated, the direction of the flowing current is periodically changed, and a magnetic field perpendicular to the reference two-dimensional plane is generated. It may be rotated to form a rotating magnetic field. That is, each electromagnet is driven so that each of the electromagnets arranged on the circumference has a different polarity from the other adjacent electromagnets. When the electromagnet is driven, the rotating magnetic field may be generated by changing the polarity of each electromagnet with time.
In this case, the rotating magnetic field control unit 83 performs a process of causing a current to flow through the windings CL1 and CL2 in the electromagnet of FIG. 7 and periodically changing the direction of the flowing current to generate a rotating magnetic field.
As in the case where a magnet is already used, torque is applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 by this rotating magnetic field, and the rotational movement of the rotor bottom plate 1A around the rotation shaft 11 is performed in the sample 100. The viscosity η of the sample 100 is obtained.

また、回転磁場制御部83は、回転子1の回転子底板1A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、回転子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 rotation direction of the rotating magnetic field to be applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1.
For example, by periodically sweeping the rotation direction of the rotating magnetic field and the rotation speed, a rotational torque that periodically changes can be applied to the rotor 1.

図9は、回転子1における回転子底板の形状の他の構成例を表す模式図である。この図9の形態によれば、試料容器本体21及び試料容器蓋22の各々については、すでに述べた形態と同様であるが、回転子1を構成する回転子底板1A’の断面が三角形の形状になっている。すなわち、回転子底板1A’の断面は、中心部から半径方向において外周部に向かうにつれ、回転子底板1A’の下面と試料容器本体21の内部底面との対向する距離が大きくなるように、厚さが徐々に薄くなるように形成されている。
これにより、回転子底板1A’の下面と、試料容器本体201の内部底面との間に挟まれる試料100の厚みは、回転子1の回転軸11からの距離に比例して増加する。これにより、試料容器本体21に収容されている試料100内のいたるところで、一様なずり速度の変形を実現することができる。したがって、この回転子底面1A’の形態は、ずり速度によって粘性の値が変化する非ニュートン流体の粘性及び弾性の測定に有効である。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the shape of the rotor bottom plate in the rotor 1. 9, each of the sample container main body 21 and the sample container lid 22 is the same as that already described, but the cross section of the rotor bottom plate 1A ′ constituting the rotor 1 has a triangular shape. It has become. That is, the cross section of the rotor bottom plate 1A ′ is thick so that the opposing distance between the lower surface of the rotor bottom plate 1A ′ and the inner bottom surface of the sample container body 21 increases from the center toward the outer periphery in the radial direction. Is formed so that the thickness gradually decreases.
As a result, the thickness of the sample 100 sandwiched between the lower surface of the rotor bottom plate 1A ′ and the inner bottom surface of the sample container main body 201 increases in proportion to the distance from the rotation shaft 11 of the rotor 1. Thereby, uniform deformation of the shear rate can be realized everywhere in the sample 100 accommodated in the sample container main body 21. Therefore, the form of the rotor bottom surface 1A ′ is effective for measuring the viscosity and elasticity of a non-Newtonian fluid whose viscosity value varies depending on the shear rate.

次に、本実施形態による粘性・弾性測定装置を用いた弾性の測定について説明する。図1及び図3(あるいは図4)の構成の粘性・弾性測定装置により説明する。
本実施形態によれば、液体のように粘性を求めるのではなく、ゲルやゴムなどのように弾性率を有する物質、あるいは粘性の緩和により弾性率が生じる高分子溶液のような物質に対し、一定トルクを与えた際の静止位置からの変位により、粘性率及び弾性率を同時に測定することが可能である。
Next, the measurement of elasticity using the viscosity / elasticity measuring apparatus according to the present embodiment will be described. This will be described with reference to the viscosity / elasticity measuring apparatus having the configuration shown in FIGS.
According to the present embodiment, instead of obtaining viscosity like a liquid, for a substance having an elastic modulus such as gel or rubber, or a substance such as a polymer solution in which an elastic modulus is generated by relaxation of viscosity, The viscosity and elastic modulus can be measured simultaneously by displacement from a stationary position when a constant torque is applied.

ここで、弾性率は、いわばバネ定数であり、試料100の回転変形に比例した復元力に対応している。
したがって、粘性に加えて弾性がある場合、弾性率による復元力は、歪の程度に比例して大きくなる。このため、回転子1は、回転開始してから、試料のバネ定数に比例した弾性力と、回転磁場による回転トルクが釣り合った回転角度θで回転を停止することになる。磁石固定台7が反時計回りに回転することにより、すでに述べたように、反時計回りの回転トルクが試料100中の回転子1に印加される。
Here, the elastic modulus is a so-called spring constant and corresponds to a restoring force proportional to the rotational deformation of the sample 100.
Therefore, when there is elasticity in addition to viscosity, the restoring force due to the elastic modulus increases in proportion to the degree of strain. For this reason, after the rotation starts, the rotor 1 stops rotating at a rotation angle θ that balances the elastic force proportional to the spring constant of the sample and the rotational torque generated by the rotating magnetic field. By rotating the magnet fixing base 7 counterclockwise, the counterclockwise rotational torque is applied to the rotor 1 in the sample 100 as described above.

そして、回転子1に対して印加される回転トルクと弾性による反発力が釣り合う回転角度θの位置で、浮き回転子1の回転が停止する。
ここで、回転検出部81は、モーター4が回転しておらず、磁石固定台7が停止状態における回転子1の回転翼のマーク30の位置と、所定の回転数ΩMでモーター4が回転した後、回転が停止した際のマーク30の位置との各々の撮像画像から回転角度θを求める。この角度θから弾性を求めることができる。
Then, the rotation of the floating rotor 1 stops at the position of the rotation angle θ where the rotational torque applied to the rotor 1 and the repulsive force due to elasticity balance.
Here, in the rotation detector 81, the motor 4 is rotated at a predetermined rotational speed ΩM and the position of the mark 30 of the rotor blade of the rotor 1 when the motor 4 is not rotating and the magnet fixing base 7 is stopped. Thereafter, the rotation angle θ is obtained from each captured image with the position of the mark 30 when the rotation is stopped. The elasticity can be obtained from this angle θ.

図10は、モーター4の回転速度ΩM(すなわち、回転トルク)と、回転子1が停止する回転角度θとの関係を示す図である。図10おいて、横軸がモーター4の回転数ΩMを示し、縦軸が回転子1の停止する回転角度θを示している。
すなわち、図1及び図3に示す粘性・弾性測定装置の場合、磁石固定台7がモーター4により回転することにより、この磁石固定台7に配置されている第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4の各々の磁石が、モーター4の回転速度に対応した回転磁場を生成する。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the rotational speed ΩM (that is, rotational torque) of the motor 4 and the rotational angle θ at which the rotor 1 stops. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the rotational speed ΩM of the motor 4, and the vertical axis indicates the rotation angle θ at which the rotor 1 stops.
That is, in the case of the viscosity / elasticity measuring apparatus shown in FIGS. 1 and 3, when the magnet fixing base 7 is rotated by the motor 4, the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, which are arranged on the magnet fixing base 7, Each of the third magnet 3_3 and the fourth magnet 3_4 generates a rotating magnetic field corresponding to the rotation speed of the motor 4.

そして、回転磁場制御部83は、予め設定されたステップに従い、モーター4の回転速度を変化させ、回転速度毎の回転角度θを求めて、回転数ΩMと回転角度θとの関係を求めて図10に示すグラフを作成する。ここで、予め弾性が判っている複数の標準試料に対して、粘性と同様に、弾性が未知の試料100の弾性測定に用いる標準データ作成するため、上述した処理を行う。粘性の標準データの作成時と同様に、標準試料を試料容器2に入れて、上述した回転角度θの測定を行う。   Then, the rotating magnetic field control unit 83 changes the rotation speed of the motor 4 according to preset steps, obtains the rotation angle θ for each rotation speed, and obtains the relationship between the rotation speed ΩM and the rotation angle θ. The graph shown in FIG. Here, the above-described processing is performed on a plurality of standard samples whose elasticity is known in advance in order to create standard data used for the elasticity measurement of the sample 100 whose elasticity is unknown, similarly to the viscosity. Similarly to the creation of the viscosity standard data, the standard sample is put in the sample container 2 and the rotation angle θ described above is measured.

図11は、弾性と、回転速度及び回転角度の比との関係を示す図である。図11において横軸が弾性(弾性率:Pa)を示し、縦軸が回転速度ΩMと回転角度θとの比例係数を示している。ここで、粘性と回転角度θとは逆比例する。
この図11は、図10における各標準試料の傾き(回転速度ΩMと回転角度θとの比)と、対応する標準試料の粘性とを対応付けて作成した、弾性測定に用いる弾性の標準データである。
実際の未知の弾性の試料100の測定において、この測定対象の試料100を試料容器2に入れ、標準試料の場合と同様に、回転磁場制御部83がモーター4を予め設定した回転速度で回転させる。
FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between elasticity and the ratio of the rotation speed and the rotation angle. In FIG. 11, the horizontal axis indicates elasticity (elastic modulus: Pa), and the vertical axis indicates a proportional coefficient between the rotational speed ΩM and the rotational angle θ. Here, the viscosity and the rotation angle θ are inversely proportional.
FIG. 11 shows standard data of elasticity used for elasticity measurement, which is created by associating the inclination (ratio between the rotational speed ΩM and the rotational angle θ) of each standard sample in FIG. 10 with the viscosity of the corresponding standard sample. is there.
In the actual measurement of the unknown elastic sample 100, the sample 100 to be measured is placed in the sample container 2, and the rotating magnetic field control unit 83 rotates the motor 4 at a preset rotation speed as in the case of the standard sample. .

そして、回転検出部81は、回転速度毎の回転角度θを求めて、粘性検出部82に対して出力する。
粘性検出部82は、回転検出部81から供給される回転速度ΩMと回転角度θとの比例係数を求め、この比例係数に対応する弾性のデータを、標準データ記憶部84の標準データから読み出し、読み出したデータを試料100の弾性として出力する。
Then, the rotation detection unit 81 obtains the rotation angle θ for each rotation speed and outputs it to the viscosity detection unit 82.
The viscosity detection unit 82 obtains a proportional coefficient between the rotation speed ΩM and the rotation angle θ supplied from the rotation detection unit 81, reads elasticity data corresponding to the proportional coefficient from the standard data in the standard data storage unit 84, The read data is output as the elasticity of the sample 100.

また、回転子1の回転子底板1Aに加える回転トルクを時間的に変化させることにより、弾性と粘性とを同時に測定することも可能である。この場合、回転磁場を生成する磁石を、図7に示す電磁石で構成する。
例えば、電磁石に対して励磁電流を印加し、回転子1の回転子底板1Aに対して所定の回転トルクを印加した後、この励磁電流の印加を停止し、停止した後の回転子1の回転状態を観察する。
Moreover, it is also possible to measure elasticity and viscosity simultaneously by changing the rotational torque applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 with time. In this case, the magnet for generating the rotating magnetic field is constituted by the electromagnet shown in FIG.
For example, after applying an exciting current to the electromagnet and applying a predetermined rotational torque to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1, the application of the exciting current is stopped and the rotation of the rotor 1 is stopped. Observe the condition.

このとき、回転子1は、自身が接している試料100の弾性に応じて回転振動を起こすことになる。ここで、弾性に対して回転振動の周期及び振動時間が比例し、粘性に対して回転振動の振幅の減衰率が比例している。
したがって、予め粘性及び弾性の判っている複数の標準試料毎に、その回転振動の振幅の減衰率と、周期及び振動時間とを、回転子1の回転子底板1Aに対して回転磁界を印加することにより測定し、標準データを作成して標準データ記憶部84に予め記憶させておく。
At this time, the rotor 1 causes rotational vibration according to the elasticity of the sample 100 with which the rotor 1 is in contact. Here, the period and vibration time of rotational vibration are proportional to elasticity, and the attenuation rate of the amplitude of rotational vibration is proportional to viscosity.
Therefore, a rotating magnetic field is applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 for each of a plurality of standard samples whose viscosity and elasticity are known in advance, with the attenuation rate, period and vibration time of the rotation vibration. The standard data is prepared and stored in the standard data storage unit 84 in advance.

次に、実際の未知の粘性及び弾性を有する測定対象の物質を測定する際、粘性検出部82は、測定対象の物質である試料100の振幅の減衰率と、周期及び振動時間とを回転子1により測定し、この測定した振幅の減衰率に対応する粘性と、周期及び振動時間とに対応する弾性とを、それぞれ標準データ記憶部84の標準データから読み出す。
そして、粘性検出部82は、標準データから読み取った粘性及び弾性を、測定対象の試料100の粘性及び弾性として出力する。
上述したように、本実施形態によれば、試料100の粘性及び弾性を一括して同時に測定することが可能となる。
Next, when measuring a substance to be measured having actual unknown viscosity and elasticity, the viscosity detector 82 determines the amplitude attenuation rate, period, and vibration time of the sample 100 that is the substance to be measured as a rotor. 1, the viscosity corresponding to the measured attenuation rate of the amplitude and the elasticity corresponding to the period and the vibration time are read from the standard data in the standard data storage unit 84, respectively.
Then, the viscosity detector 82 outputs the viscosity and elasticity read from the standard data as the viscosity and elasticity of the sample 100 to be measured.
As described above, according to this embodiment, the viscosity and elasticity of the sample 100 can be simultaneously measured at the same time.

また、回転子1の回転子底板1Aに印加する回転磁場の回転方向と、回転トルク(モーター4の回転数ΩM)とを周期的に掃引することにより、回転子1の回転子底板1Aには周期的な回転トルクを印加することができる。
そして、この回転方向と回転トルクとを掃引する周期を変化させつつ、回転子1の回転振動の振幅と位相とを、回転子1のマーク30を撮像した撮像画像から観察することにより、粘性と弾性とを独立して測定であることが可能となる。
すなわち、この回転振動の観察は、すでに述べた、磁場を消去した後の減衰振動を、周波数スペクトルとして検出するものであり、磁場を消去した後の粘性及び弾性の測定と原理的に同様である。
Further, by periodically sweeping the rotation direction of the rotating magnetic field applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 and the rotation torque (the rotational speed ΩM of the motor 4), the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 Periodic rotational torque can be applied.
The amplitude and phase of the rotational vibration of the rotor 1 are observed from the captured image obtained by imaging the mark 30 of the rotor 1 while changing the period of sweeping the rotational direction and the rotational torque. It becomes possible to measure elasticity independently.
That is, the observation of this rotational vibration is to detect the damped vibration after the magnetic field is erased as a frequency spectrum, and is basically the same as the measurement of viscosity and elasticity after the magnetic field is erased. .

次に、図1に示す粘性・弾性測定装置(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。
試料容器本体21は、内径が40mmであり、内部の側壁の高さ10mmのガラス製シャーレを用いた。そして、試料容器本体21に測定対象の物質である試料100を5mL入れた後、試料容器本体21を試料容器蓋22により封止した。ここで、例えば、試料100の温度は20℃とした。
予め粘性の判っている標準試料としては、図6に示すように、0.5(mPa・s)、1.0(mPa・s)の2種類を用いた。
Next, a specific application example in the viscosity / elasticity measuring apparatus (mechanical property measuring apparatus) shown in FIG. 1 will be described.
The sample container main body 21 used was a glass petri dish having an inner diameter of 40 mm and an inner side wall height of 10 mm. Then, 5 mL of the sample 100 as the substance to be measured was placed in the sample container main body 21, and then the sample container main body 21 was sealed with the sample container lid 22. Here, for example, the temperature of the sample 100 was set to 20 ° C.
As standard samples whose viscosity is known in advance, two types of 0.5 (mPa · s) and 1.0 (mPa · s) were used as shown in FIG.

そして、この標準試料の表面で回転子1の回転子底板1Aに回転トルクを印加して、回転子1を回転させた。この場合、回転子底板1Aの下面が試料100と接している。ここで、回転子底板1Aは、直径20mm、厚さ1mmのアルミニウム板の円板であり、この円板の回転中心における底面に対して突起部1Cとして直径2mmのアルミ球を取り付けた。浮き部1Bには、外形20mm、内径16mm、長さ(側壁としての高さ)4mmのガラス管用いた。   Then, rotational torque was applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 on the surface of the standard sample, and the rotor 1 was rotated. In this case, the lower surface of the rotor bottom plate 1A is in contact with the sample 100. Here, the rotor bottom plate 1A is an aluminum plate having a diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm, and an aluminum sphere having a diameter of 2 mm is attached to the bottom surface at the center of rotation of the disc as a protrusion 1C. A glass tube having an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 16 mm, and a length (height as a side wall) of 4 mm was used for the floating portion 1B.

次に、回転磁場制御部83は、モーター4を駆動して、磁石固定台7を回転させる。
この結果、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4が生成する回転子1の回転子底板1Aに垂直な磁場を、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4を回転させることにより、回転子1の回転子底板1Aに対して回転磁場を印加する。この回転磁場により、回転子1の回転子底板1Aは、回転トルクが印加され、印加された回転磁界の回転方向と同一方向に回転を行う。
そして、回転検出部81は、例えば、回転検出センサ(撮像素子)が撮像する、回転子1の回転子底板1Aのマーク30の回転する動画像を撮像画像として自身内部の記憶部に記憶し、画像処理によりマーク30の回転周期を求め、このマークの回転周期から回転子1の回転数を求める。
Next, the rotating magnetic field control unit 83 drives the motor 4 to rotate the magnet fixing base 7.
As a result, the magnetic field perpendicular to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 generated by the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, the third magnet 3_3, and the fourth magnet 3_4 is converted into the first magnet 3_1, the second magnet 3_2, A rotating magnetic field is applied to the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 by rotating the three magnets 3_3 and the fourth magnet 3_4. Due to this rotating magnetic field, the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 is rotated in the same direction as the rotating direction of the applied rotating magnetic field by applying a rotating torque.
And the rotation detection part 81 memorize | stores the moving image which the mark 30 of the rotor bottom plate 1A of the rotor 1 rotates which the rotation detection sensor (imaging element) images, for example in an internal storage part as a captured image, The rotational period of the mark 30 is obtained by image processing, and the rotational speed of the rotor 1 is obtained from the rotational period of the mark.

モーター4の回転数ΩMを変える毎に、対応する回転子1の回転数ΩDを求め、図6に示すように、粘性の異なる標準試料毎に、回転子1の回転数ΩDと、回転数ΩM及びΩMの差分との対応関係を求める。
図6において、各標準試料の回転子1の回転数ΩDと、回転数ΩM及びΩMの差分との関係を示す関係は、直線となっている。このため、図6は、回転子1の回転数と、回転子1に印加される回転トルクの関係のみから粘性を求めることが可能であることを示している。
この結果、標準データを用いることにより粘性を正確に測定できることが分かる。
Each time the rotational speed ΩM of the motor 4 is changed, the corresponding rotational speed ΩD of the rotor 1 is obtained. As shown in FIG. 6, the rotational speed ΩD of the rotor 1 and the rotational speed ΩM for each standard sample having different viscosities. And the corresponding relationship with the difference of ΩM.
In FIG. 6, the relationship indicating the relationship between the rotational speed ΩD of the rotor 1 of each standard sample and the difference between the rotational speeds ΩM and ΩM is a straight line. For this reason, FIG. 6 shows that the viscosity can be obtained only from the relationship between the rotational speed of the rotor 1 and the rotational torque applied to the rotor 1.
As a result, it can be seen that the viscosity can be accurately measured by using the standard data.

なお、本発明における図1の粘性・弾性測定装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ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試料の粘性を求める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や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ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が送信された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(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
Note that a program for realizing the function of the viscosity / elasticity measuring apparatus of FIG. 1 in the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed. Thus, processing for obtaining the viscosity of the sample may be performed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。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ものであっても良い。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もの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

1…回転子
1A…回転子底板1A
1B…浮き部
1C…突起部
2…試料容器
4…モーター
5…回転検出センサ
6…試料台
7…磁石固定台
8…粘性測定部
11…回転軸
21…試料容器本体
21C…溝部
22…試料容器蓋
30…マーク
3_1…第1電磁石
3_2…第2電磁石
3_3…第3電磁石
3_4…第4電磁石
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor 1A ... Rotor bottom plate 1A
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1B ... Floating part 1C ... Protruding part 2 ... Sample container 4 ... Motor 5 ... Rotation detection sensor 6 ... Sample stand 7 ... Magnet fixing stand 8 ... Viscosity measuring part 11 ... Rotating shaft 21 ... Sample container main body 21C ... Groove part 22 ... Sample container Lid 30 ... Mark 3_1 ... 1st electromagnet 3_2 ... 2nd electromagnet 3_3 ... 3rd electromagnet 3_4 ... 4th electromagnet 81 ... Rotation detection part 82 ... Viscosity detection part 83 ... Rotating magnetic field control part 84 ... Standard data storage part 85 ... Apparatus control Part

Claims (9)

一部あるいは全体が導電性を有する材料で構成され、その下部における回転中心に突状の突起を有する回転子と、
粘性を検出する対象の検出対象物質が入れられ、該検出対象物質に接触して前記突起が自身の内面底部に接触した状態で前記回転子が配置された試料容器と、
前記回転子に時間変動する磁場を印加し、前記回転子内に誘導電流を誘起し、該誘導電流と該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、該回転子に回転トルクを与えて回転させる回転制御部と、
前記回転子の回転速度を検出する回転検出部と、
前記回転子の回転速度数により、該回転子に接する前記検出対象物質の粘性及び弾性を検出する粘性弾性検出部と
を有し、
前記回転子の前記検出対象物質に没した部分に対応して生じる浮力による浮心位置より、前記回転子の重心位置が前記突起に近い
ことを特徴とする粘性・弾性測定装置。
A rotor partly or entirely made of a conductive material, and having a protruding protrusion at the center of rotation at the lower part thereof;
A sample container in which a detection target substance for which viscosity is to be detected is placed, and the rotor is arranged in a state in which the protrusion comes into contact with the inner bottom of the inner surface in contact with the detection target substance;
A time-varying magnetic field is applied to the rotor, an induced current is induced in the rotor, and rotational torque is applied to the rotor by Lorentz interaction between the induced current and the magnetic field applied to the rotor. A rotation control unit for rotating
A rotation detector for detecting the rotation speed of the rotor;
A viscoelasticity detection unit that detects the viscosity and elasticity of the detection target substance in contact with the rotor according to the rotational speed of the rotor;
The viscosity / elasticity measuring apparatus, wherein a center of gravity of the rotor is closer to the protrusion than a buoyancy position caused by buoyancy generated corresponding to a portion of the rotor submerged in the detection target substance.
前記回転子の前記回転子の半径が以下の式により決定されることを特徴とする請求項1に記載の粘性・弾性測定装置。
Figure 2018146312
The viscosity / elasticity measuring apparatus according to claim 1, wherein a radius of the rotor of the rotor is determined by the following equation.
Figure 2018146312
前記重心位置と浮心位置との距離が、前記回転子の回転における回転軸を鉛直方向に保持する復元力を有する距離以上に設定されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の粘性・弾性測定装置。
The distance between the center of gravity position and the buoyancy position is set to be equal to or greater than a distance having a restoring force for holding the rotation axis in the vertical direction in the rotation of the rotor. The viscosity / elasticity measuring device described.
粘性が既知である複数の物質内における前記回転子に加わる回転トルクと、当該回転子の回転数との関係を予め測定した標準データを記憶する記憶部をさらに有し、
前記粘性検出部が検出した検出対象物質の回転トルクと回転数との関係と、前記標準データを比較することにより、前記検出対象物質の粘性・弾性を求める
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。
A storage unit for storing standard data obtained by measuring in advance the relationship between the rotational torque applied to the rotor in a plurality of substances whose viscosity is known and the rotational speed of the rotor;
The viscosity / elasticity of the detection target substance is obtained by comparing the standard data with the relationship between the rotational torque and the rotation speed of the detection target substance detected by the viscosity detection unit. Item 4. The viscosity / elasticity measuring apparatus according to any one of Items 3 to 4.
前記回転子の面にマークが付されており、
前記回転検出部が前記マークの回転を検出することにより、前記回転子の回転数を検出する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。
A mark is attached to the surface of the rotor,
The viscosity / elasticity measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotation detection unit detects the rotation number of the rotor by detecting the rotation of the mark.
前記回転子の前記回転子に対してレーザを照射し、その反射光あるいは干渉パターンの変化を光学的に測定することにより、前記回転子の回転数を検出する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。
The number of rotations of the rotor is detected by irradiating the rotor of the rotor with a laser and optically measuring a change in reflected light or an interference pattern. The viscosity / elasticity measuring apparatus according to claim 4.
前記回転子と接する前記試料容器の内面の底部が滑らかな平面あるいは滑らかな曲面の凹形状に形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。
The bottom of the inner surface of the sample container in contact with the rotor is formed in a smooth flat surface or a concave surface having a smooth curved surface. Elasticity measuring device.
前記回転子の直径方向に対し、当該回転子が前記回転軸からの距離に比例して薄くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。
The rotor according to any one of claims 1 to 7, wherein the rotor is formed so as to be thinner in proportion to a distance from the rotation axis with respect to a diameter direction of the rotor. Viscosity / elasticity measuring device.
試料容器に粘性及び弾性を検出する対象の検出対象物質を収容し、一部あるいは全体が導電性を有する材料で構成され、その下部における回転中心に突状の突起を有する回転子を、前記検出対象物質に接触して前記突起が自身の内面底部に接触した状態で配置する過程と、
前記回転子に時間変動する磁場を印加し、前記回転子の前記回転子内に誘導電流を誘起し、該誘導電流と該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、該回転子に回転トルクを与えて回転させる過程と、
前記回転子の回転数を検出する過程と、
前記回転数により、前記回転子に接する検出対象物質の粘性・弾性を検出する粘性検出過程と
を含み
前記回転子の前記検出対象物質に没した部分に対応して生じる浮力による浮心位置より、前記回転子の重心位置が前記突起に近い
ことを特徴とする粘性・弾性測定方法。
Detecting a rotor containing a detection target substance whose viscosity and elasticity are to be detected in a sample container, partially or entirely made of a conductive material, and having a protruding protrusion at the center of rotation at the lower part thereof A process of placing the projection in contact with the target substance and in contact with the bottom of the inner surface thereof;
A time-varying magnetic field is applied to the rotor, an induced current is induced in the rotor of the rotor, and Lorentz interaction between the induced current and the magnetic field applied to the rotor causes the rotor to A process of rotating by applying rotational torque;
Detecting the rotational speed of the rotor;
From the buoyancy position due to the buoyancy generated corresponding to the portion of the rotor submerged in the detection target material, including the viscosity detection process of detecting the viscosity and elasticity of the detection target material in contact with the rotor by the number of rotations, The method of measuring viscosity and elasticity, wherein the center of gravity of the rotor is close to the protrusion.
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