JPH05133970A

JPH05133970A - 水運動追跡子

Info

Publication number: JPH05133970A
Application number: JP36115491A
Authority: JP
Inventors: Koji Eto; 剛治江藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】水の比重と等しく、かつ、水の比重が変化し
ても追随して同一比重となるようにして、水の運動に追
随させる。【構成】芯物質を膜物質で被膜したマイクロカプセル
からなる水運動追跡子であって、上記芯物質の主成分が
水で、膜物質の主成分はその比重が１以下の物質からな
り、全体の比重を水と等しい１に調整している。上記膜
物質は、その主成分をエチレン酢ビコポリマー或はエチ
レン酢ビコポリマーとポリスチレンとしたプラスチック
製薄膜からなる。また、主成分がエチレン酢ビコポリマ
ーで、比重を１に調整したマイクロプラスチック粒子か
らなる構成としても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロカプセルから
なる水運動追跡子に関するもので、特に、熱対流を伴う
水運動の追跡に好適に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】水の運動を追跡するための最も単純明解
な方法は、水中に浮いた多数のトレーサー粒子をビデオ
カメラ等で撮影し、画像解析により時々刻々の流速場を
求める方法であり、上記方法を実現するには、トレーサ
ー粒子が水と同一の運動をする必要がある。

【０００３】この種のトレーサー粒子として、従来、内
部に気泡を入れて比重を１に調整したガラスの微粒子等
が市販されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したトレーサー粒
子では、温度による膨張係数が水と異なるため、熱対流
等の温度変化を伴う場合、水の比重とは相違してくる。
また、ゆっくりした流動では１０^−２程度の相対密度差
で運動が生じるが、この精度まで比重調整をすることは
困難であった。上記した点より、熱対流等の温度変化を
伴う場合にも水と同じ性質をもち、比重が同一となるト
レーサー粒子の開発が望まれていた。

【０００５】本発明は、上記した従来の要望を達成せん
とするもので、水の性質と近似して、温度変化および流
速変化などのいずれの水の変化にも対応して、水と等し
い比重となる水運動トレーサー粒子として好適に用いら
れるマイクロカプセルを提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、芯物質を膜物質で被膜したマイクロカプ
セルからなる水運動追跡子であって、上記芯物質の主成
分が水で、膜物質の主成分はその比重が１以下の物質か
らなり、全体の比重を水と等しい１に調整していること
を特徴とするものである。

【０００７】膜物質の主成分は、上記したように、比重
が１に近く、かつ、１以下のものが好適に用いられる。
比重が１以下のものを用いる場合、比重１以上の物質や
微粒子を添加して比重を１に調整することは容易であ
る。尚、該マイクロカプセルに識別用の色を付けるが、
染料等は殆ど比重が１以上であるため、上記したよう
に、膜物質の比重は１以下が望ましい。

【０００８】上記比重が１以下のプラスチックの種類は
限定されており、比較的入手しやすいものとしては、ポ
リエチレン、ポリプロピレンがあるが、共に比重は０．
９〜１．０であるが、化学的に安定しており、それだけ
化学的な方法による加工が難しい。本発明者が種々実験
および研究を重ねた結果、上記したエチレン酢ビコポリ
マーが透明で比重も０．９５で、かつ、油性溶媒に良く
溶け、さらに、水に対して安定性があり加工も容易であ
ることが判明した。

【０００９】よって、上記膜物質としては、その主成分
を、エチレン酢ビコポリマー、あるいは、エチレン酢ビ
コポリマーとポリスチレンとしたプラスチック薄膜から
構成することが好ましい。

【００１０】最も好ましい形態は、エチレン酢ビコポリ
マーを主成分とし、ポリスチレン（比重１．０４）を混
合して、ジクロロメタンを溶媒とする界面沈澱法を用い
てマイクロカプセル（追跡粒子）を形成することであ
る。その際、ポリエチレンあるいはポリプロピレンを用
いると、これらは共に極めて薬品安定性および温度安定
性が良い。界面沈澱法で内部に水を有するマイクロカプ
セルを作る時、これらを溶かすために非常に特殊な溶媒
を用いたり、温度を１００℃近く、あるいはそれ以上に
まで上昇させることが必要となる。上記プラスチックを
用いる場合は、ジクロロメタン（沸点約４０℃）に容易
に溶けるため、界面沈澱法を好適に適用することができ
る。

【００１１】特に、マイクロカプセル中に、感温液晶や
ｐＨに敏感な蛍光物質等を混入させるときは、これらの
多くは化学的にやや不安定で、特殊な溶媒を用いたり、
温度を１００℃近くまで上げると破壊されて、本来の機
能を発揮しなくなる。その点ジクロロメタンの沸点は４
０℃と、常温に比べてそれほど高くないので、これらを
混入したマイクロカプセルの作製にも好適に用いること
ができる。

【００１２】また、上記膜物質または芯物質に感温液晶
や蛍光染料等を混ぜると、微妙に比重が１より大きくな
ったり小さくなったりするが、この時は、エチレン酢ビ
コポリマーとポリスチレンの比重が元々１に近いので、
これらの混合比を調整することで、微妙な比重調整が可
能となる。

【００１３】膜物質として、上記以外に、比重が１より
やや小さく、油性溶媒に溶けるシリコンゴムを用いるこ
とができる。さらに、重合度が低く、薬品安定性の低い
ポリエチレンやポリプロピレンと特別に合成すれば、こ
れらを用いることも可能である。ただし、このような製
品は市販されていない。

【００１４】本発明のマイクロカプセルからなる水運動
追跡子では、芯の直径に対する膜厚の比は、１／１０〜
１／１００の範囲とすることが好ましい。尚、熱的性質
まで水に近似していることが要求されない場合は、主成
分をエチレン酢ビコポリマーとし、全体の比重を１に調
整したマイクロプラスチック粒子を水運動追跡子として
用いることが出来る。

【００１５】

【作用】上記構成のマイクロカプセルからなる水運動ト
レーサー粒子は、内部が水で、膜物質が比重を１に調整
したプラスチック薄膜を用いているため、膜物質の比重
調整精度が、相対誤差で１０^−２程度であっても、全重
量の殆んどを水で占めるため、マイクロカプセル全体と
しての比重はほぼ完全に１となる。また、周囲の水温が
変化すると、内部の水温も若干の遅れはあるが追随して
変化するため、熱による密度変化についても周囲の水に
追随することが出来る。

【００１６】

【実施例】図１に示すように、本発明のマイクロカプセ
ルからなる水運動追跡子１は、内部の芯物質２をプラス
チック製薄膜からなる膜物質３で被膜した構成からな
る。

【００１７】上記マイクロカプセル１の製造は、まず、
ジクロロメタンに、エチレン酢ビコポリマーとポリスチ
レンとを重量比で４．５：５．５の割合で混合した混合
物を溶かし、その中に少量の水を入れて混ぜる。このと
き膜の比重は、０．４５×０．９５＋０．５５×１．０
４＝０．９９９５となり、水の比重に対する誤差は０．
５×１０^−３となる。発明者らの実験では、上記ジクロ
ロメタンに対する上記樹脂混合物の重量比は５％、ジク
ロロメタンと水の重量比は２：１のとき、膜厚の薄いマ
イクロカプセルが最も効率的にできた。

【００１８】上記した状態で、ジクロロメタンと水の比
重は近いので、ジクロロメタン中に水粒子が分散する。
ついで、大量の水に１％のゼラチンを混ぜたものに入れ
てまぜる。

【００１９】上記の状態で、水の中にジクロロメタン粒
子が分散し、さらに、その中に水の微粒子が分散してい
るという２重分散の形となる。

【００２０】上記２重分散の形態で、ジクロロメタンの
沸点である約４０℃に保持すると、ジクロロメタンがゆ
っくりと蒸発し、ジクロロメタン中のエチレン酢ビコポ
リマーとポリスチレンの混合物からなる樹脂が、内部の
水の粒子の回りに沈澱してプラスチック薄膜を形成す
る。

【００２１】上記の如く製造されたマイクロカプセル１
は、その膜物質３の厚さが数〜１０数ミクロンで、粒径
が数１０〜数１００ミクロンである。その比重は、芯の
直径をｄ、比重を１、膜の厚さを△ｄ、比重をＷとする
とき、次のようにして計算できる。全重量に対する膜物
質の重量は、ｄ≫△ｄのとき、｛３／４π・（ｄ＋△ｄ）^３−３／４π・ｄ^３｝／｛３／４π・（ｄ＋△ｄ）^３｝≒３ｄ^２△ｄ／ｄ^３≒３△ｄ／ｄよって、比重は、｛Ｗ・３△ｄ／ｄ＋１・（１−３△ｄ
／ｄ）｝である。よって、芯の直径が５００μｍ、膜厚
が１０μｍ、膜の比重が０．９９９５の時全体の比重は
０．９９９７とほぼ完全に１で、熱膨張、比熱も水と殆
んど同一のものとなる。尚、膜物質３の粒径は水を分散
させたジクロロメタンの混合速度を変えることにより調
整することが出来る。

【００２２】上記したマイクロカプセルは機械的外力に
やや弱いため、さらに、電子ビームの照射、薬品等によ
る表面処理により架橋作用を生じさせることが好まし
い。

【００２３】本発明は上記実施例に限定されず、上記の
製造工程において、ジクロロメタン中に水を分散させず
に、エチレン酢ビコポリマーとポリスチレンを溶かした
ジクロロメタンを大量の水に分散させて、４０℃に保つ
と、直径が数μｍから１００μｍ（分散時の水の混合速
度による）程度の主成分をエチレン酢ビコポリマーから
なるマイクロプラスチック粒子を製造できる。

【００２４】水を芯物質とするマイクロカプセルは、水
中で保存しなければならないが、上記マイクロプラスチ
ック粒子は、機械的外力に強く、かつ乾燥保存もできる
ので、取り扱いは容易である。また、比重は上記したよ
うに、１０^−３以上の精度を有するので、比重だけが問
題で、熱的な運動を問題にしないときは、この粒子を好
適に水運動追跡子として用いることができる。

【００２５】比重調整には、比重が１以上のジクロロメ
タンに溶けるプラスチックとしては、ポリスチレンの他
にナイロン等他にも色々あるので、それらを用いれば良
い。比重が１に近く、かつ１以下でジクロロメタンに良
く溶け、かつ水に溶けない透明なプラスチックは、市販
のものとしては、エチレン酢ビコポリマー以外にはほと
んどないので、これを使うことが重要な点である。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係わる水運動追跡子は、内部が水で、膜物質が比重を
１に調整したプラスチック薄膜を用い、全重量の殆どを
水で占めるようにしているため、マイクロカプセル全体
としての比重はほぼ完全に水と等しい１とすることが出
来る。また、周囲の水温が変化すると、内部の水温も若
干の遅れはあるが追随して変化するため、熱による密度
変化についても周囲の水に追随することが出来る。

【００２７】また、主成分をエチレン酢ビコポリマーで
全体の比重を１に調整したマイクロプラスチック粒子か
らなる水運動追跡子では、乾燥保存出来ると共に、機械
的外力に強い等の利点がある。

【００２８】このように、水の比重の変化に追随してマ
イクロカプセルの比重が水と等しくなるため、水の運動
にほぼ完全に追随して運動させることが可能となり、水
の運動の研究に好適に用いることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるマイクロカブセルの断面図で
ある。

【符号の説明】

１マイクロカプセル２芯物質３膜物質

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯物質を膜物質で被膜したマイクロカプ
セルからなる水運動追跡子であって、上記芯物質の主成
分が水で、膜物質の主成分はその比重が１以下の物質か
らなり、全体の比重を水と等しい１に調整していること
を特徴とする水運動追跡子。
【請求項２】上記膜物質は、その主成分をエチレン酢
ビコポリマーとしたプラスチック製薄膜からなる請求項
１記載の水運動追跡子。
【請求項３】上記膜物質は、その主成分をエチレン酢
ビコポリマーとポリスチレンとしたプラスチック製薄膜
からなる請求項１記載の水運動追跡子。
【請求項４】主成分をエチレン酢ビコポリマーとし、
全体の比重を１に調整したマイクロプラスチック粒子か
らなる水運動追跡子。