JP7287670B2 - 粘性又は弾性の測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、粘性又は弾性の測定装置及び方法に関するものである。

従来、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。粘性や弾性の測定は、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、研究開発等に必要不可欠な測定技術である。

従来の粘性測定装置としては、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存在する（例えば、特許文献１～３参照。）。これらの装置においては、導電性を有する部材で構成された回転子に時間的に変動する磁場を印加し、これによって生じる誘導電流と磁場との相互作用により回転子に遠隔にトルクを印加し、回転子の運動速度から試料の粘性を測定する。

特許文献１に記載されている装置においては、回転子として導電性の小球を使用し、該小球を試料内に沈め、小球に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で測定している。

特許文献２に記載されている装置においては、浮力若しくは表面張力のいずれか、又は、双方を用いて、円板状の回転子を試料表面に浮かべ、回転子に所定のトルクを非接触で印加し、回転子の回転速度から、試料の粘性を非接触で測定している。

特許文献３に記載されている装置においては、回転子として導電性の小球を使用し、該球が試料容器の底に形成された円形の溝部分に着底し、かつ、該溝部分が試料で満たされ、球に印加される回転磁場によって球が円形の溝に沿って転がる円運動が誘起され、該円運動の速度から試料の粘性を測定している。

特開２００９－２６４９８２号公報 特開２０１２－２４２１３７号公報 特開２０１３－２４２２９７号公報

しかしながら、従来の特許文献１に記載されているような装置では、対向する磁石の組を、球状の回転子を挟むように水平方向に離して配置する構成であるため、試料容器自体又はそれを囲む恒温槽などの容器が大型化すると、その外側を周回するように回転する磁石の回転半径も大きくしなければならない。例えば、高圧下での測定を考えると、一般には直径１０〔ｃｍ〕を超える圧力容器より、磁石の回転半径は大きくなる。そのため、磁石を回転駆動する装置が大型化する必要が生じ、また、強力な磁石を大きな回転半径で高速回転させることは望ましくない。

また、特許文献２に記載されているような装置では、試料容器の下部に垂直方向に磁力線を発する偶数個、多くの場合は２個１組、の磁石を配置している。このような装置では、磁場の垂直方向成分を用いて試料表面に水平に配置された円板状の回転子に遠隔でトルクを印加するが、垂直方向成分は磁石からの距離の３乗に逆比例して減少するため、磁場の強度の２乗に比例する印加トルクの大きさは距離の６乗に逆比例して急激に減少する。そのため、厚い試料容器の壁を越えて、遠隔にトルクを有効に到達させることができない。実際、３〔ｃｍ〕×６〔ｃｍ〕のサイズの磁石を２つ組み合わせた６×６〔ｃｍ² 〕のサイズの磁石の組を用いた場合、磁石の表面から５〔ｃｍ〕程度離れた位置での測定が限界である。

さらに、特許文献３に記載されているような装置では、試料容器の下部に垂直方向に磁力線を発する偶数個の磁石は、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶように配置されている。そして、球状の回転子へのトルク印加に磁場の水平成分及び垂直成分の双方を利用し、このトルクによって球状の回転子を円形の溝に沿って転がして公転周回運動をさせる。このとき、磁石の表面から離れた場所では、磁石の垂直成分が小さくなり、球の転がり運動を駆動するトルクを有効に印加することができない。そのため、磁石から離れた場所に回転子を配置することができず、例えば、高温、高圧、低温、低圧等の環境での測定を行う際に、その環境を実現するための容器が大きく、又は、容器の壁が厚い場合には、外部から有効に内部の回転子にトルクを印加することができないので、粘性の測定を行うことができない。また、このような環境を実現する容器には、高い密閉性が要求されるため、磁石にトルクを機械的に伝達するための軸を挿入することができない場合も多い。このことは、バイオハザードのように外部への汚染が問題となる測定でも、同様である。

本開示は、前記従来の問題点を解決して、外部から隔絶された環境において外部との間の壁が厚い場合や、外部から測定箇所までの距離が大きい場合でも、回転子への非接触かつ遠隔のトルク印加を可能にし、かつ、低粘度から高粘度までの広い領域に亘る測定対象物質の粘性又は弾性を、簡易にかつ高精度に測定することができる粘性又は弾性の測定装置及び方法を提供することを目的とする。

そのために、粘性又は弾性の測定装置においては、一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る回転子と、粘性又は弾性を測定する対象である測定対象物質、及び、該測定対象物質に接触した状態の前記回転子を収容する試料容器と、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、該誘導電流と前記回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、前記回転子に回転トルクを与えて回転させる回転子駆動磁石と、該回転子駆動磁石から離れて配置され、該回転子駆動磁石と磁気的に結合した遠隔駆動磁石と、該遠隔駆動磁石に回転トルクを与えて回転させ、これにより前記回転子駆動磁石を回転させる回転駆動源と、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によって、該回転子に接触する測定対象物質の粘性を検出する粘性弾性検出部とを有する。
他の粘性又は弾性の測定装置においては、一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る回転子と、粘性又は弾性を測定する対象である測定対象物質、及び、該測定対象物質に接触した状態の前記回転子を収容する試料容器と、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、該誘導電流と前記回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、前記回転子に回転トルクを与えて回転させる回転子駆動磁石と、該回転子駆動磁石から離れて配置され、該回転子駆動磁石と磁気的に結合した遠隔駆動磁石と、該遠隔駆動磁石に回転トルクを与えて回転させ、これにより前記回転子駆動磁石を回転させる回転駆動源と、前記回転子の回転角度を検出する回転検出部と、前記回転子の回転角度によって、該回転子に接触する測定対象物質の弾性を検出する粘性弾性検出部とを有する。

他の粘性又は弾性の測定装置においては、さらに、粘性が既知である複数の物質に接触した状態の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あらかじめ測定した標準データを記憶する標準データ記憶部を更に有し、前記粘性弾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、前記標準データとを比較することによって、前記検出対象物質の粘性を求める。

更に他の粘性又は弾性の測定装置においては、さらに、前記回転子の面にはマークが付され、前記回転検出部は前記マークの回転を検出することによって、前記回転子の回転数を検出する。

更に他の粘性又は弾性の測定装置においては、さらに、前記回転子に対してレーザを照射し、反射光又は干渉パターンの変化を光学的に測定することによって、前記回転子の回転数を検出する。

更に他の粘性又は弾性の測定装置においては、さらに、前記回転子駆動磁石と遠隔駆動磁石との間の距離は、前記回転子と回転子駆動磁石との間の距離よりも長い。

更に他の粘性又は弾性の測定装置においては、さらに、前記遠隔駆動磁石の単位時間当たりの回転数と前記回転子駆動磁石の単位時間当たりの回転数とは同一である。

更に他の粘性又は弾性の測定装置においては、さらに、前記試料容器及び回転子駆動磁石は、測定対象収容容器の内部に配置され、前記遠隔駆動磁石は、前記測定対象収容容器の外部に配置されている。

更に他の粘性又は弾性の測定装置においては、さらに、前記回転子駆動磁石は、一対のアングル形状の永久磁石を含み、各永久磁石は水平部と垂直部とを含み、各永久磁石の水平部は、その帯磁している面が前記遠隔駆動磁石と対面し、各永久磁石の垂直部は、その帯磁している面が互いに対向する。

粘性の測定方法においては、一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る回転子を、粘性を測定する対象である測定対象物質に接触した状態で、該測定対象物質とともに試料容器に収容する工程と、遠隔駆動磁石に回転トルクを与えて回転させ、これにより該遠隔駆動磁石から離れて配置され、該遠隔駆動磁石と磁気的に結合した回転子駆動磁石を回転させる工程と、該回転子駆動磁石が、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、該誘導電流と前記回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、前記回転子に回転トルクを与えて回転させる工程と、前記回転子の回転速度を検出する工程と、前記回転子の回転速度によって、該回転子に接触する測定対象物質の粘性を検出する工程とを有する。
弾性の測定方法においては、一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る回転子を、弾性を測定する対象である測定対象物質に接触した状態で、該測定対象物質とともに試料容器に収容する工程と、遠隔駆動磁石に回転トルクを与えて回転させ、これにより該遠隔駆動磁石から離れて配置され、該遠隔駆動磁石と磁気的に結合した回転子駆動磁石を回転させる工程と、該回転子駆動磁石が、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、該誘導電流と前記回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、前記回転子に回転トルクを与えて回転させる工程と、前記回転子の回転角度を検出する工程と、前記回転子の回転角度によって、該回転子に接触する測定対象物質の弾性を検出する工程とを有する。

本開示によれば、外部から隔絶された環境において外部との間の壁が厚い場合や、外部から測定箇所までの距離が大きい場合でも、回転子への非接触かつ遠隔のトルク印加を可能にし、かつ、低粘度から高粘度までの広い領域に亘る測定対象物質の粘性又は弾性を、簡易にかつ高精度に測定することができる。

第１の実施の形態における測定装置の駆動ユニットの構成を示す図である。 第１の実施の形態における測定装置の全体構成を示す図である。 第１の実施の形態における回転子駆動磁石の回転速度と回転子の回転速度との差と、回転子の回転速度との関係を表すグラフである。 第２の実施の形態における測定装置の全体構成を示す図である。 第３の実施の形態における測定装置の全体構成を示す図である。

以下、本実施の形態について詳細に説明する。

図１は第１の実施の形態における測定装置の駆動ユニットの構成を示す図、図２は第１の実施の形態における測定装置の全体構成を示す図、図３は第１の実施の形態における回転子駆動磁石の回転速度と回転子の回転速度との差と、回転子の回転速度との関係を表すグラフである。なお、図１において、（ａ）は側面図、（ｂ）は遠隔駆動磁石の配置例を示す平面図である。

図２に示されるように、本実施の形態における測定装置は、駆動ユニットの一部である遠隔駆動ユニット１０と、駆動ユニットの他の一部である近接駆動ユニット２０と、測定対象ユニット３０と、測定ユニット４０とを備えている。

本実施の形態における測定装置は、測定対象ユニット３０の試料容器３１Ａ内に収容された測定対象物質としての試料３２の粘性及び／又は弾性を測定するためのものであり、前記試料３２は、例えば、液体、スラリー、又は、ソフトマテリアルである。ここで、ソフトマテリアルとは、高分子、液晶、コロイド、生体分子等の一連の分子性物質群である。なお、コロイドとは、例えば、乳液、乳剤、ゾル等のエマルジョンである。また、生体分子とは、例えば、生体膜、タンパク質、ＤＮＡ等である。そして、本実施の形態における測定装置は、典型的には、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、研究開発等において使用されるが、いかなる分野でいかなる目的のために使用されてもよい。

なお、本実施の形態において、測定装置の各部の構成及び動作を説明するために使用される上、下、左、右、前、後等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、前記測定装置の各部が図に示される姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図１（ａ）には、本実施の形態における測定装置における駆動ユニットとしての遠隔駆動ユニット１０及び近接駆動ユニット２０が示されている。そして、前記遠隔駆動ユニット１０は、遠隔駆動磁石１１と、該遠隔駆動磁石１１を下から支える遠隔駆動磁石保持台１２と、該遠隔駆動磁石保持台１２を回転させる回転駆動源としてのモータ１３とを備える。該モータ１３は、回転軸であるモータ回転軸１３ａを回転させる。なお、前記遠隔駆動磁石保持台１２は、前記モータ回転軸１３ａに接続され、該モータ回転軸１３ａを中心に回転する。

図に示される例において、遠隔駆動磁石保持台１２は、図１（ｂ）に示されるように、平面視において略正方形の平板であり、その中心に前記回転軸１３ａの軸端が接続されている。また、前記遠隔駆動磁石１１は、平面視において略長方形の平板状の一対の永久磁石である第１遠隔駆動磁石１１ａ及び第２遠隔駆動磁石１１ｂを有する。前記第１遠隔駆動磁石１１ａ及び第２遠隔駆動磁石１１ｂは、互いに、同一の大きさで、かつ、同一の磁力を備え、平面視において、前記モータ回転軸１３ａを対称軸として点対称となるように遠隔駆動磁石保持台１２上に載置されている。なお、第１遠隔駆動磁石１１ａと第２遠隔駆動磁石１１ｂとは、上下方向に関する磁極の向きが互いに反対となるように配設されている。すなわち、図に示される例において、第１遠隔駆動磁石１１ａは、上側がＮ極で下側がＳ極となるように配設され、第２遠隔駆動磁石１１ｂは、上側がＳ極で下側がＮ極となるように配設されている。

また、前記近接駆動ユニット２０は、回転子駆動磁石２１と、該回転子駆動磁石２１を下から支える回転子駆動磁石保持台２２と、保持台回転軸２３ａを介して前記回転子駆動磁石保持台２２を回転可能に支持する軸受部２３とを備える。前記回転子駆動磁石保持台２２は、前記保持台回転軸２３ａに接続され、該保持台回転軸２３ａを中心に自由に、かつ、滑らかに回転する。なお、図２においては、図示の都合上、回転子駆動磁石保持台２２、軸受部２３及び保持台回転軸２３ａの描画が省略されていることに留意されたい。また、図２に示される例において、前記近接駆動ユニット２０及び測定対象ユニット３０は、測定対象収容容器３５内に収容されているが、該測定対象収容容器３５は、不要であれば、省略することもできる。

前記回転子駆動磁石保持台２２は、遠隔駆動磁石保持台１２と同様に、平面視において略正方形の平板であり、その中心に前記保持台回転軸２３ａの軸端が接続されている。また、前記回転子駆動磁石２１は、遠隔駆動磁石１１と同様に、平面視において略長方形の平板状の一対の永久磁石である第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂを有する。前記第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂは、互いに、同一の大きさで、かつ、同一の磁力を備え、平面視において、前記保持台回転軸２３ａを対称軸として点対称となるように回転子駆動磁石保持台２２上に載置されている。さらに、第１回転子駆動磁石２１ａと第２回転子駆動磁石２１ｂとは、上下方向に関する磁極の向きが互いに反対となるように配設されている。すなわち、図に示される例において、第１回転子駆動磁石２１ａは、上側がＮ極で下側がＳ極となるように配設され、第２回転子駆動磁石２１ｂは、上側がＳ極で下側がＮ極となるように配設されている。

図に示されるように、前記近接駆動ユニット２０は、遠隔駆動ユニット１０の上方に、間隔を空けて、配設されている。このとき、遠隔駆動磁石１１と回転子駆動磁石２１との間には、図において矢印Ａで示される磁力線で表されるような磁場が発生する。そして、モータ１３を駆動し、遠隔駆動磁石保持台１２及び遠隔駆動磁石１１を、モータ回転軸１３ａを中心に、回転させると、前記磁力によって、回転子駆動磁石保持台２２及び回転子駆動磁石２１は、保持台回転軸２３ａを中心に、前記遠隔駆動磁石保持台１２及び遠隔駆動磁石１１と同期して、同一の回転速度で回転する。なお、保持台回転軸２３ａとモータ回転軸１３ａとが、同一軸線上にあるように配設されることが望ましいが、回転子駆動磁石保持台２２及び回転子駆動磁石２１は、その位置及び姿勢が外部から拘束されていなければ、前記磁力の作用によって、保持台回転軸２３ａがモータ回転軸１３ａと同一軸線上にあるように自動的に位置決めされる。また、前記磁力の作用によって、自動的に、上側がＮ極で下側がＳ極となっている第１遠隔駆動磁石１１ａの上方には、上側がＮ極で下側がＳ極となっている第１回転子駆動磁石２１ａが位置し、上側がＳ極で下側がＮ極となっている第２遠隔駆動磁石１１ｂの上方には、上側がＳ極で下側がＮ極となっている第２回転子駆動磁石２１ｂが位置する。

前記遠隔駆動磁石１１と回転子駆動磁石２１との距離は、双方の磁力が強いほど長くすることができる。例えば、第１遠隔駆動磁石１１ａ及び第２遠隔駆動磁石１１ｂとして、それぞれ、幅３〔ｃｍ〕、長さ６〔ｃｍ〕、厚さ２〔ｃｍ〕、表面磁束密度０．５〔Ｔ〕のネオジム磁石を用い、第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂとして、それぞれ、幅１〔ｃｍ〕、長さ２〔ｃｍ〕、厚さ０．５〔ｃｍ〕、表面磁束密度０．３〔Ｔ〕のネオジム磁石を用いた場合、遠隔駆動磁石１１と回転子駆動磁石２１との間の距離が１０〔ｃｍ〕であっても、毎秒１０回転の回転速度で同期して同方向に回転させることは容易であり、軸受部２３が十分に滑らかであれば、毎秒２０回転の回転速度で同期して同方向に回転させることも可能である。

また、回転子駆動磁石２１の上方には、図２において矢印Ｂで示される磁力線で表されるような磁場が発生する。該磁場は、回転子駆動磁石２１の回転に伴って回転する。そして、図２に示されるように、矢印Ｂで示される磁力線で表されるような磁場内に測定対象ユニット３０の試料容器３１Ａ内に収容された回転子３３としての浮き回転子３３Ａがあると、磁場の回転によって発生するローレンツ力が前記浮き回転子３３Ａに作用するので、該浮き回転子３３Ａは、回転子駆動磁石２１と同方向に回転する。

ここで、回転子駆動磁石２１が回転子３３に加えることのできるトルクの回転子駆動磁石２１と回転子３３との間の距離に対する依存性、及び、遠隔駆動磁石１１が回転子駆動磁石２１に加えることができるトルクの遠隔駆動磁石１１と回転子駆動磁石２１との間の距離に対する依存性について説明する。

簡略化のために、回転子駆動磁石２１及び遠隔駆動磁石１１は、図１及び２に示されるように、それぞれ、２個の矩形の磁石の組み合わせであるとする。この場合、近似的に、遠隔駆動磁石１１は、互いに距離Ｌだけ離れた大きさＭ及び－Ｍの２つの磁極の組み合わせで表され、また、回転子駆動磁石２１は、互いに距離ｌだけ離れた大きさｍ及び－ｍの２つの磁極の組み合わせで表される。このとき、２個の磁石の組み合わせは、それぞれ、大きさＬＭ及びｌｍの磁気双極子とみなすことができる。

双極子の向きから垂直に距離ｈだけ離れた位置における磁場の大きさは、距離ｈが距離Ｌより大きいとき、近似的に距離ｈの３乗に逆比例することが知られている。

また、回転子駆動磁石２１が回転子３３に与えるトルクの大きさは、回転子３３の位置における磁場の２乗に比例する。したがって、回転子駆動磁石２１が回転子３３に及ぼすトルクの大きさは、距離の６乗に逆比例して減少する。

一方で、遠隔駆動磁石１１が回転子駆動磁石２１に与えるトルクの大きさは、回転子駆動磁石２１の位置における遠隔駆動磁石１１が作る磁場の大きさと回転子駆動磁石２１の磁気モーメントの大きさとの積に比例するため、距離の３乗に逆比例して減少する。

以上の通り、回転子駆動磁石２１が回転子３３に及ぼすトルクと、遠隔駆動磁石１１が回転子駆動磁石２１に及ぼすトルクとの、それぞれの距離に対する依存性を考えれば、回転子３３と回転子駆動磁石２１との間の距離を小さくし、回転子駆動磁石２１と遠隔駆動磁石１１との間の距離を大きくする方が、その和としての遠隔駆動磁石１１と回転子３３との間の距離をより大きくすることができる。

すなわち、遠隔駆動磁石１１と回転子３３との間の距離をより大きくするためには、回転子３３のごく近傍に回転子駆動磁石２１を配置することがより望ましい。

したがって、特許文献２に記載されているような回転子駆動磁石を直接モータ等で回転させて、回転子にトルクを与える従来の装置に比べて、本実施の形態における測定装置のように、遠隔駆動磁石１１をモータ１３によって回転させ、前記遠隔駆動磁石１１と磁気的に結合し、試料容器３１Ａの近傍に配置された回転子駆動磁石２１を回転させる装置の方が、前記モータ１３と回転子３３である浮き回転子３３Ａとの間の距離をはるかに大きく取ることができる。

従来の装置では、試料が厚さのある隔壁を有する密閉容器、例えば、高圧容器、真空容器等の内部に収容されている場合、回転子駆動磁石と回転子との間の距離を大きくすることができない、という制約から、十分なトルクを回転子に印加することができなかった。また、密閉容器という性質上、トルクを印加するためのシャフト等の動力伝達部材を、密閉容器の隔壁を通過するように配設することは、極めて困難であった。

これに対して、本実施の形態における測定装置では、試料３２が厚さのある隔壁を有する密閉容器の内部に収容されている場合であっても、回転子駆動磁石２１を前記密閉容器の内部の試料容器３１Ａの近傍に配置するとともに、厚さのある隔壁を挟んで、遠隔駆動磁石１１を前記密閉容器の外部に配置することによって、前記密閉容器の内部に配置された試料容器３１Ａ内に収容された浮き回転子３３Ａに有効にトルクを印加して回転させることが可能である。このとき、回転子駆動磁石２１は、そのキュリー点以下であれば永久磁石として動作するため、その材料を適切に選択すれば１０００〔℃〕以上の高温環境でも、十分に動作させることができる。

図２に示されるように、本実施の形態において、測定対象ユニット３０は、試料容器３１Ａ、該試料容器３１Ａ内に収容された測定対象としての試料３２、及び、該試料３２の表面に浮かぶ回転子３３としての浮き回転子３３Ａを有する。そして、矢印Ｂで示される磁力線で表されるような回転子駆動磁石２１の磁場内に、前記試料容器３１Ａ、試料３２、及び、浮き回転子３３Ａが配設されている。また、測定対象ユニット３０、及び、回転子駆動磁石２１を含む近接駆動ユニット２０が厚さのある壁を有する密閉容器である測定対象収容容器３５内に収容されている。該測定対象収容容器３５は、例えば、ステンレス鋼、チタン合金等の非磁性の材料から成り、その内部を高温、高圧、低温、低圧等にする機能を備えており、かつ、その内部は外部と遮断されている。なお、前記測定対象収容容器３５は、その天井部に形成された容器窓３５ａを有し、該容器窓３５ａを通して、試料容器３１Ａ内に収容された浮き回転子３３Ａの回転を外部から光学的に観察することができる。

また、測定ユニット４０は、前記浮き回転子３３Ａの回転速度を検出する回転検出センサ４１と、該回転検出センサ４１が検出した浮き回転子３３Ａの回転に基づいて試料３２の粘性又は弾性を測定する粘性弾性測定部４２とを有し、測定対象収容容器３５の外部に配設されている。なお、前記回転検出センサ４１は、試料容器３１Ａの上方であって容器窓３５ａを通して、浮き回転子３３Ａの回転を光学的に検出可能な位置に配設されている。また、前記粘性弾性測定部４２は回転検出センサ４１と通信可能に接続されている。

前記浮き回転子３３Ａは、その一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料によって構成された軽量な部材であり、浮力及び／又は表面張力によって試料３２の表面に浮かんでいる。そして、前記浮き回転子３３Ａは、望ましくは、円盤形状を備える部材であって、その一部又は全部（全体）が導体（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の非磁性で導電性を有する金属材料）によって形成されている。例えば、前記浮き回転子３３Ａは、市販のプラスチック製の円板の上面に、市販のアルミ箔等を貼着させて作成することもできる。これにより、容易に、かつ、低コストで浮き回転子３３Ａを作成することができる。なお、浮き回転子３３Ａの上面には、回転検出センサ４１によって検出可能なマークが付与されている。該マークは、例えば、印刷、テープの貼付、上面を加工することによって形成された凹部又は凸部等である。

前述のように、矢印Ｂで示される磁力線で表されるような磁場は、回転子駆動磁石２１の回転に伴って回転する。すると、回転する磁場によって、前記浮き回転子３３Ａの導電性を有する部分、すなわち、導体によって形成されている部分の内部に誘導電流が発生し、該誘導電流と磁場とのローレンツ相互作用によって、前記浮き回転子３３Ａの導体によって形成されている部分に、磁場の回転に追随する方向の回転トルクが生じる。該回転トルクの大きさは、回転子駆動磁石２１の回転速度と浮き回転子３３Ａの回転速度との差に比例し、また、試料３２のずり変形速度は浮き回転子３３Ａの回転速度に比例するため、浮き回転子３３Ａの回転速度と、回転子駆動磁石２１の回転数とを測定すれば、試料３２の粘性を測定することができる。

図３は、試料３２としてそれぞれ異なる既知の粘性ηを有する複数の物質である標準試料を使用した場合におけるモータ回転軸１３ａの回転速度、すなわち、単位時間（例えば、１秒）当たりの回転数ΩＭと各標準試料の表面に浮かんでいる浮き回転子３３Ａの回転速度、すなわち、単位時間（例えば、１秒）当たりの回転数ΩＤとの関係を表すグラフである。図３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、それぞれ異なり、例えば、試料Ａの粘性ηは０．５〔ｍＰａ・ｓ〕、試料Ｂの粘性ηは１．０〔ｍＰａ・ｓ〕である。そして、図３に示される２本の曲線のように、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等の方法によって求める。前記傾きΩＤ／ΩＭＤは、各標準試料の粘性ηと比例するものである。

図２に示されるように、前記回転検出センサ４１は、試料容器３１Ａ内に収容された試料３２の表面に浮かぶ浮き回転子３３Ａのマークを検出可能な位置としての試料容器３１Ａの上方の位置に配設され、前記浮き回転子３３Ａのマークを光学的に検出する。なお、前記回転検出センサ４１は、例えば、図示されない光照射部及び受光部を含み、前記光照射部からレーザ光を出射し、浮き回転子３３Ａのマークからの反射光が前記受光部に入射し、入射光の強度に対応した検出電気信号を出力するようになっている。また、前記回転検出センサ４１は、前記光照射部及び受光部の代わりに、レンズとＣＣＤ（Charge Coupled Device ）等の撮像素子とを顕微鏡に付加した撮像装置を有し、浮き回転子３３Ａのマークの、浮き回転子３３Ａの回転に伴う移動状態を拡大して撮像した撮像画像を出力し、該撮影画像の画像処理に基づいて、浮き回転子３３Ａの回転数を検出するようにしてもよい。さらに、前記回転検出センサ４１は、浮き回転子３３Ａに対して、レーザを照射し、回転による反射又は干渉パターンの変化を光学的に測定し、浮き回転子３３Ａの回転数を検出するような構成のものであってもよい。

そして、前記回転検出センサ４１に通信可能に接続された粘性弾性測定部４２は、図示されない、回転検出部、粘性弾性検出部、回転制御部、標準データ記憶部及び装置制御部を含んでいる。

前記回転検出部は、回転検出センサ４１から供給される検出電気信号によって、浮き回転子３３Ａ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（ｒｐｓ：revolutions per second）として、回転数ΩＤを求めて出力する。また、前記回転検出部は、浮き回転子３３Ａの回転数の検出において、回転検出センサ４１が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、浮き回転子３３Ａに付加したマークを画像処理によって検出し、単位時間当たりの回転数ΩＤを求めるようにしてもよい。また、回転検出センサ４１がコンデンサを用いる場合、前記回転検出部は、回転検出センサ４１から供給された検出電気信号によって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（例えば、１秒）における前記容量変化の回数を検出し、浮き回転子３３Ａの回転数ΩＤを検出するようにしてもよい。

前記粘性弾性検出部は、前記標準試料の場合と同様に、試料３２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、前記粘性弾性検出部は、回転制御部に対して、異なる複数の回転速度ΩＭでモータ１３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へ出力する。すると、回転検出部は、粘性弾性検出部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３１Ａ内に収容された試料３２の表面に浮かぶ浮き回転子３３Ａの回転速度ΩＤを回転検出センサ４１から取得する。そして、回転検出部は、検出した回転速度ΩＤを、制御信号に対応して粘性弾性検出部へ出力する。

また、前記粘性弾性検出部は、標準データ記憶部に記憶されている粘性検出テーブルから、試料３２の傾きの逆数ΩＭＤ／ΩＤに対応する粘性η〔ｍＰａ・ｓ〕を読み出し、これを試料３２の粘性η〔ｍＰａ・ｓ〕として出力する。なお、標準データ記憶部に実験式が記憶されている場合、粘性弾性検出部は、標準データ記憶部から前記実験式を読み出し、該実験式に対して傾きの逆数ΩＭＤ／ΩＤを代入し、試料の粘性η〔ｍＰａ・ｓ〕を算出して求めるようにしてもよい。

前記回転制御部は、設定された回転数でモータ回転軸１３ａが回転するように、モータ１３に対する回転制御を行う。

前記標準データ記憶部には、図３に示されるような関係から求めた粘性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とが記憶されている。

該粘性検出テーブルは、次のようにして作成されている。前述のように、本実施の形態の測定装置において、粘性があらかじめ判っている標準試料を試料容器３１Ａ内に入れ（充填し）、標準試料中に浮き回転子３３Ａを入れ、あらかじめ設定した複数の回転数ΩＭによってモータ１３を回転させた場合に、モータ１３の各回転数ΩＭに対応した浮き回転子３３Ａの回転数ΩＤを、前記回転検出部が検出する。前記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（あらかじめ粘性ηの判っている試料）に対して行う。

なお、前記標準データ記憶部には、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よい。

前記装置制御部は、粘性弾性測定部４２の各部の動作を制御する。

次に、本実施の形態における弾性の測定について説明する。

本実施の形態によれば、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を有する物質、又は、粘性の緩和によって弾性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って、粘性（粘性率）及び弾性（弾性率）を同時に測定することが可能である。ここで、弾性率は、いわばバネ定数であり、試料３２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、浮き回転子３３Ａは、回転を開始してから、試料３２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とが釣り合った回転角度θで回転を停止することになる。回転子駆動磁石２１が反時計回りに回転することによって、反時計回りの回転トルクが試料３２中の浮き回転子３３Ａに印加される。そして、該浮き回転子３３Ａに対して印加される回転トルクと弾性による反発力とが釣り合う回転角度θの位置で、浮き回転子３３Ａの回転が停止する。

ここで、回転検出部は、モータ１３が回転しておらず、回転子駆動磁石２１及び回転子駆動磁石保持台２２が停止状態にあるときの浮き回転子３３Ａのマークの位置と、所定の回転数ΩＭでモータ１３が回転した後、回転が停止した際のマーク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。

次に、本実施の形態における測定装置の具体的な応用例について説明する。

該応用例においては、試料容器３１Ａの本体として、内径が４０〔ｍｍ〕であり、内部の側壁の高さが１０〔ｍｍ〕のガラス製シャーレを用いた。そして、試料容器３１Ａの本体内に測定対象の物質である試料３２を０．５〔ｍＬ〕入れた後、前記本体を試料容器の蓋によって封止した。ここで、試料３２の温度は、例えば、２０〔℃〕とした。

あらかじめ粘性の判っている標準試料としては、図３に示されるように、粘性ηが０．５〔ｍＰａ・ｓ〕であるもの、及び、１．０〔ｍＰａ・ｓ〕であるものの２種類を用いた。

また、第１遠隔駆動磁石１１ａ及び第２遠隔駆動磁石１１ｂとして、帯磁している面の大きさが３０×６０〔ｍｍ〕、厚さが１０〔ｍｍ〕のものをそれぞれ用い、第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂとして、帯磁している面の大きさが１０×２０〔ｍｍ〕、厚さが５〔ｍｍ〕のものをそれぞれ用い、遠隔駆動磁石１１と回転子駆動磁石２１との間の距離が台の回転軸方向に１００〔ｍｍ〕となるように、配置した。

そして、遠隔駆動磁石１１を回転させることによって回転子駆動磁石２１を等しい角速度で回転させ、試料３２の表面に浮かぶ浮き回転子３３Ａに回転トルクを印加して、該浮き回転子３３Ａを回転させた。この場合、浮き回転子３３Ａの底板の下面が試料３２と接している。ここで、浮き回転子３３Ａの底板は、直径２０〔ｍｍ〕、厚さ０．３〔ｍｍ〕のアルミニウム製の円板であり、該円板の回転中心には、下方に突き出た高さ０．５〔ｍｍ〕の突起が取り付けられている。

次に、粘性弾性測定部４２の回転制御部は、モータ１３を駆動して、遠隔駆動磁石保持台１２を回転させる。

この結果、遠隔駆動磁石１１と磁気的に結合した回転子駆動磁石２１が遠隔駆動磁石１１と等しい角速度で回転する。さらに回転子駆動磁石２１の回転によって浮き回転子３３Ａに回転する磁場が印加される。この回転する磁場によって、浮き回転子３３Ａには回転トルクが印加され、浮き回転子３３Ａは、印加された回転する磁場の回転方向と同一方向に回転を行う。

そして、粘性弾性測定部４２の回転検出部は、例えば、回転検出センサ４１が有する撮像素子が撮像した浮き回転子３３Ａのマークが回転する動画像を、撮像画像として自身の内部の記憶部に記憶し、画像処理によって前記マークの回転周期を求め、該回転周期から浮き回転子３３Ａの回転数を求める。

モータ１３の回転数ΩＭを変える毎に、対応する浮き回転子３３Ａの回転数ΩＤを求め、図３に示されるように、粘性の異なる標準試料毎に、浮き回転子３３Ａの回転数ΩＤと、モータ１３の回転数ΩＭと浮き回転子３３Ａの回転数ΩＤとの差分、すなわち、ΩＭ－ΩＤ、との対応関係を求める。

図３において、各標準試料の浮き回転子３３Ａの回転数ΩＤと、モータ１３の回転数ΩＭと浮き回転子３３Ａの回転数ΩＤとの差分との関係を示す線は、滑らかな曲線となっている。このため、図３は、浮き回転子３３Ａの回転数ΩＤと、浮き回転子３３Ａに印加される回転トルクとの関係のみから粘性ηを求めることが可能であることを示している。

この結果、粘性弾性測定部４２の標準データ記憶部に記憶されている図３に示されるような関係から求めた粘性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とを用いることによって、試料３２の粘性η〔ｍＰａ・ｓ〕を正確に測定することが可能であることが分かる。

なお、本実施の形態における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、実行することによって試料３２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。さらに、「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（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）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。

また、前記プログラムは、該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って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や電話回線等の通信回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、前記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。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）であってもよい。

このように、本実施の形態における粘性又は弾性の測定装置は、一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る浮き回転子３３Ａと、粘性又は弾性を測定する対象である試料３２、及び、試料３２に接触した状態の浮き回転子３３Ａを収容する試料容器３１Ａと、浮き回転子３３Ａに時間変動する磁場を印加し、浮き回転子３３Ａ内に誘導電流を誘起し、誘導電流と浮き回転子３３Ａに印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、浮き回転子３３Ａに回転トルクを与えて回転させる回転子駆動磁石２１と、回転子駆動磁石２１から離れて配置され、回転子駆動磁石２１と磁気的に結合した遠隔駆動磁石１１と、遠隔駆動磁石１１に回転トルクを与えて回転させ、これにより回転子駆動磁石２１を回転させるモータ１３と、浮き回転子３３Ａの回転速度を検出する回転検出部、及び、浮き回転子３３Ａの回転速度によって、回転子３３に接触する試料３２の粘性又は弾性を検出する粘性弾性検出部を含む粘性弾性測定部４２とを有する。

また、本実施の形態における粘性又は弾性の測定方法は、一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る浮き回転子３３Ａを、粘性又は弾性を測定する対象である試料３２に接触した状態で、試料３２とともに試料容器３１Ａに収容する工程と、遠隔駆動磁石１１に回転トルクを与えて回転させ、これにより遠隔駆動磁石１１から離れて配置され、遠隔駆動磁石１１と磁気的に結合した回転子駆動磁石２１を回転させる工程と、回転子駆動磁石２１が、浮き回転子３３Ａに時間変動する磁場を印加し、浮き回転子３３Ａ内に誘導電流を誘起し、誘導電流と浮き回転子３３Ａに印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、浮き回転子３３Ａに回転トルクを与えて回転させる工程と、浮き回転子３３Ａの回転速度を検出する工程と、浮き回転子３３Ａの回転速度によって、回転子３３に接触する試料３２の粘性又は弾性を検出する工程とを有する。

さらに、粘性弾性測定部４２は、粘性が既知である複数の標準試料に接触した状態の浮き回転子３３Ａに加わる回転トルクと、浮き回転子３３Ａの回転数との関係をあらかじめ測定した標準データを記憶する標準データ記憶部を更に含み、粘性弾性検出部が検出した試料３２の回転トルクと回転数との関係と、標準データとを比較することによって、試料３２の粘性又は弾性を求める。さらに、浮き回転子３３Ａの面にはマークが付され、回転検出部はマークの回転を検出することによって、浮き回転子３３Ａの回転数を検出する。さらに、浮き回転子３３Ａに対してレーザを照射し、反射光又は干渉パターンの変化を光学的に測定することによって、浮き回転子３３Ａの回転数を検出する。さらに、回転子駆動磁石２１と遠隔駆動磁石１１との間の距離は、浮き回転子３３Ａと回転子駆動磁石２１との間の距離よりも長い。さらに、浮き回転子３３Ａの単位時間当たりの回転数と回転子駆動磁石２１の単位時間当たりの回転数とは異なり、遠隔駆動磁石１１の単位時間当たりの回転数と回転子駆動磁石２１の単位時間当たりの回転数とは同一である。さらに、試料容器３１Ａ及び回転子駆動磁石２１は、測定対象収容容器３５の内部に配置され、遠隔駆動磁石１１は、測定対象収容容器３５の外部に配置されている。

これにより、外部から隔絶された環境において外部との間の壁が厚い場合や、外部から測定箇所までの距離が大きい場合でも、浮き回転子３３Ａへの非接触かつ遠隔のトルク印加を可能にし、かつ、低粘度から高粘度までの広い領域に亘る試料３２の粘性又は弾性を、簡易にかつ高精度に測定することができる。

例えば、試料容器３１Ａから離間した位置に配設されたモータ１３の回転、及び、試料容器３１Ａから離間した位置に配設された回転検出センサ４１が検出した浮き回転子３３Ａの回転のみに基づいて、試料３２の粘性又は弾性を測定することができるので、極めて容易に測定を行うことができる。また、試料容器３１Ａが肉厚の壁を有する測定対象収容容器３５の内部に配置されている場合であっても、測定対象収容容器３５の外部において検出されたモータ１３の回転及び浮き回転子３３Ａの回転のみに基づいて、試料３２の粘性又は弾性を測定することができる。さらに、遠隔駆動磁石１１において回転子駆動磁石２１に対向する面における磁極の配置（Ｓ極及びＮ極の配置）と、回転子駆動磁石２１において浮き回転子３３Ａに対向する面における磁極の配置が同一となっているので、モータ１３の回転と浮き回転子３３Ａの回転との関係は、回転子駆動磁石２１をモータ１３によって直接駆動した場合と、同様になる。したがって、回転子駆動磁石２１をモータ１３によって直接駆動するようにすれば、図３に示されるような関係を容易に得ることが可能となる。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

図４は第２の実施の形態における測定装置の全体構成を示す図である。

前記第１の実施の形態においては、測定対象ユニット３０の試料容器３１Ａは、その底面が平坦な容器であり、試料３２が底面の全面に亘ってほぼ均等な深さとなるように容器内に収容されており、また、回転子は、軽量で、浮力及び／又は表面張力によって試料３２の表面に浮かんでいる平板状、望ましくは、円盤形状の平坦な浮き回転子３３Ａである場合について説明したが、本実施の形態においては、回転子は、導体である金属球から成る球回転子３３Ｂであり、試料容器３１Ｂは、平面視において円環状の溝から成る周回経路を有し、試料３２が充満する前記周回経路内に前記球回転子３３Ｂが配設されている。該球回転子３３Ｂは、試料３２内に没している。そして、矢印Ｂで示される磁力線で表されるような回転子駆動磁石２１の磁場内に、前記試料容器３１Ｂ、試料３２、及び、球回転子３３Ｂが配設されている。

したがって、回転子駆動磁石２１の回転に伴って磁場が回転すると、導体である球回転子３３Ｂの内部に誘導電流が発生し、該誘導電流と磁場とのローレンツ相互作用によって、前記球回転子３３Ｂには、円環状の周回経路に沿って転がって公転するようなトルクが作用する。このときの試料３２のずり変形速度は、球回転子３３Ｂの公転の角速度に比例するため、球回転子３３Ｂの公転の回転速度と、回転子駆動磁石２１の回転数とを測定すれば、試料３２の粘性を測定することができる。

なお、その他の点の構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。また、図４においては、図示の都合上、回転子駆動磁石保持台２２、軸受部２３、保持台回転軸２３ａ、測定対象収容容器３５及び粘性弾性測定部４２の描画が省略されていることに留意されたい。

次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

図５は第３の実施の形態における測定装置の全体構成を示す図である。

本実施の形態において、回転子は、前記第２の実施の形態と同様に、導体である金属球から成る球回転子３３Ｂであるが、試料容器３１Ｃは、小型の試験管のような形状の部材であり、その底部近傍に試料３２が収容され、前記球回転子３３Ｂは試料３２内に没している。

また、前記第１及び第２の実施の形態において、回転子駆動磁石２１の一対の永久磁石である第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂは、それぞれ、平面視において略長方形の平板状の永久磁石であるが、本実施の形態における第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂは、それぞれ、側面視においてアングル形状（Ｌ字形状）を有し、水平部２１ａ１及び２１ｂ１と、垂直部２１ａ２及び２１ｂ２とを含んでいる。そして、第１回転子駆動磁石２１ａの垂直部２１ａ２及び第２回転子駆動磁石２１ｂの垂直部２１ｂ２の帯磁している面は、垂直方向に延在し、かつ、それぞれ、対向している。そして、前記第１回転子駆動磁石２１ａの垂直部２１ａ２と第２回転子駆動磁石２１ｂの垂直部２１ｂ２との間には、矢印Ｃで示される磁力線で表されるような磁場が発生する。また、該磁場内に、前記試料容器３１Ｃ、試料３２、及び、球回転子３３Ｂが配設されている。

なお、図５においては、図示の都合上、回転子駆動磁石保持台２２、軸受部２３、保持台回転軸２３ａ、測定対象収容容器３５及び粘性弾性測定部４２の描画が省略されていることに留意されたい。

前記第１回転子駆動磁石２１ａの水平部２１ａ１及び第２回転子駆動磁石２１ｂの水平部２１ｂ１は、前記第１及び第２の実施の形態の第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂと同様に、遠隔駆動磁石１１と磁気的に結合しているので、遠隔駆動磁石１１と等しい角速度で回転する。すると、前記第１回転子駆動磁石２１ａの垂直部２１ａ２と第２回転子駆動磁石２１ｂの垂直部２１ｂ２も同様に回転する。このとき、水平方向に延びる矢印Ｃで示される磁力線で表されるような磁場がモータ回転軸１３ａを中心に回転するので、導体である球回転子３３Ｂの内部に誘導電流が発生し、該誘導電流と磁場とのローレンツ相互作用によって、前記球回転子３３Ｂは、試料容器３１Ｃ内において試料３２中で自転する。このときの試料３２のずり変形速度は、球回転子３３Ｂの自転の角速度に比例するため、球回転子３３Ｂの自転の回転速度と、回転子駆動磁石２１の回転数とを測定すれば、試料３２の粘性を測定することができる。

このように、本実施の形態において、回転子駆動磁石２１は、一対のアングル形状の永久磁石である第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂを含み、第１回転子駆動磁石２１ａ及び第２回転子駆動磁石２１ｂは、それぞれ、水平部２１ａ１及び２１ｂ１と、垂直部２１ａ２及び２１ｂ２とを含み、水平部２１ａ１及び２１ｂ１は、その帯磁している面が遠隔駆動磁石１１と対面し、垂直部２１ａ２及び２１ｂ２は、その帯磁している面が互いに対向している。

なお、その他の点の構成及び動作については、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

また、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。

本開示は、粘性又は弾性の測定装置及び方法に適用することができる。

１１ 遠隔駆動磁石
１３ モータ
２１ 回転子駆動磁石
２１ａ 第１回転子駆動磁石
２１ａ１、２１ｂ１ 水平部
２１ａ２、２１ｂ２ 垂直部
２１ｂ 第２回転子駆動磁石
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ 試料容器
３２ 試料
３３ 回転子
３３Ａ 浮き回転子
３３Ｂ 球回転子
３５ 測定対象収容容器

Claims (11)

1. 一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る回転子と、
   粘性又は弾性を測定する対象である測定対象物質、及び、該測定対象物質に接触した状態の前記回転子を収容する試料容器と、
   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、該誘導電流と前記回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、前記回転子に回転トルクを与えて回転させる回転子駆動磁石と、
   該回転子駆動磁石から離れて配置され、該回転子駆動磁石と磁気的に結合した遠隔駆動磁石と、
   該遠隔駆動磁石に回転トルクを与えて回転させ、これにより前記回転子駆動磁石を回転させる回転駆動源と、
   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によって、該回転子に接触する測定対象物質の粘性を検出する粘性弾性検出部と
   を有することを特徴とする粘性又は弾性の測定装置。
2. 一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る回転子と、
   粘性又は弾性を測定する対象である測定対象物質、及び、該測定対象物質に接触した状態の前記回転子を収容する試料容器と、
   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、該誘導電流と前記回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、前記回転子に回転トルクを与えて回転させる回転子駆動磁石と、
   該回転子駆動磁石から離れて配置され、該回転子駆動磁石と磁気的に結合した遠隔駆動磁石と、
   該遠隔駆動磁石に回転トルクを与えて回転させ、これにより前記回転子駆動磁石を回転させる回転駆動源と、
   前記回転子の回転角度を検出する回転検出部と、
   前記回転子の回転角度によって、該回転子に接触する測定対象物質の弾性を検出する粘性弾性検出部と
   を有することを特徴とする粘性又は弾性の測定装置。
3. 粘性が既知である複数の物質に接触した状態の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あらかじめ測定した標準データを記憶する標準データ記憶部を更に有し、
   前記粘性弾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、前記標準データとを比較することによって、前記検出対象物質の粘性を求める請求項１に記載の粘性又は弾性の測定装置。
4. 前記回転子の面にはマークが付され、
   前記回転検出部は前記マークの回転を検出することによって、前記回転子の回転数を検出する請求項１～３のいずれか１項に記載の粘性又は弾性の測定装置。
5. 前記回転子に対してレーザを照射し、反射光又は干渉パターンの変化を光学的に測定することによって、前記回転子の回転数を検出する請求項１～４のいずれか１項に記載の粘性又は弾性の測定装置。
6. 前記回転子駆動磁石と遠隔駆動磁石との間の距離は、前記回転子と回転子駆動磁石との間の距離よりも長い請求項１～５のいずれか１項に記載の粘性又は弾性の測定装置。
7. 前記遠隔駆動磁石の単位時間当たりの回転数と前記回転子駆動磁石の単位時間当たりの回転数とは同一である請求項１～６のいずれか１項に記載の粘性又は弾性の測定装置。
8. 前記試料容器及び回転子駆動磁石は、測定対象収容容器の内部に配置され、前記遠隔駆動磁石は、前記測定対象収容容器の外部に配置されている請求項１～７のいずれか１項に記載の粘性又は弾性の測定装置。
9. 前記回転子駆動磁石は、一対のアングル形状の永久磁石を含み、各永久磁石は水平部と垂直部とを含み、各永久磁石の水平部は、その帯磁している面が前記遠隔駆動磁石と対面し、各永久磁石の垂直部は、その帯磁している面が互いに対向する請求項１～８のいずれか１項に記載の粘性又は弾性の測定装置。
10. 一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る回転子を、粘性を測定する対象である測定対象物質に接触した状態で、該測定対象物質とともに試料容器に収容する工程と、
    遠隔駆動磁石に回転トルクを与えて回転させ、これにより該遠隔駆動磁石から離れて配置され、該遠隔駆動磁石と磁気的に結合した回転子駆動磁石を回転させる工程と、
    該回転子駆動磁石が、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、該誘導電流と前記回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、前記回転子に回転トルクを与えて回転させる工程と、
    前記回転子の回転速度を検出する工程と、
    前記回転子の回転速度によって、該回転子に接触する測定対象物質の粘性を検出する工程と
    を有することを特徴とする粘性の測定方法。
11. 一部又は全部が導電性を有し、かつ、全部が非磁性の材料から成る回転子を、弾性を測定する対象である測定対象物質に接触した状態で、該測定対象物質とともに試料容器に収容する工程と、
    遠隔駆動磁石に回転トルクを与えて回転させ、これにより該遠隔駆動磁石から離れて配置され、該遠隔駆動磁石と磁気的に結合した回転子駆動磁石を回転させる工程と、
    該回転子駆動磁石が、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、該誘導電流と前記回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用によって、前記回転子に回転トルクを与えて回転させる工程と、
    前記回転子の回転角度を検出する工程と、
    前記回転子の回転角度によって、該回転子に接触する測定対象物質の弾性を検出する工程と
    を有することを特徴とする弾性の測定方法。

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