JPH09512096A - 複素粘性係数及び複素係数の測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 粘度計１００は、振動装置１２０に制御信号を供給する信号発生器１１１により作動される差動増幅器１１０を有しており、前記振動装置１２０は、所望の形で制御基準電圧により要求されるような歪を発生させるのに十分なだけの力をもつ。振動装置１２０はシャフト１２５を作動させるようになっている。上部プレート１３０はシャフト１２５の先端部に接合されている。下部プレート１４０は、上部プレート１３０に対して隣接し、かつ実質的に平行に配置されており、これらにより、流体サンプル１５０が充填され得る空間が形成されるようになっている。上部プレートの変位ｈ（ｔ）はセンサ１８０によって測定される。プレート１４０は作用力測定手段１６０上に搭載されており、この作用力測定手段１６０は下部プレート１４０を、フレーム１６５に対して実質的に静止した形で保持している。作用力測定手段１６０は出力信号、即ち作用力信号ｆ（ｔ）を供給する。即ち、この信号ｆ（ｔ）は、上部プレート１３０の動きに対して反応する形で流体サンプル１５０がプレート１３０、１４０に作用させる力を示すものである。この作用力は、等式；Ｇ^*（ω）＝ｈ³／３πａ⁴Ｆ（ω）／Ｈ（ω）、により流体サンプル１５０の粘性係数に関連付けられている。なお、この等式において、Ｇ^*（ω）は複素係数であり、Ｆ（ω）はｆ（ｔ）のフーリエ変換であり、Ｈ（ω）はｈ（ｔ）のフーリエ変換であり、ａはプレート１３０の半径であり、ｈはプレート１３０、１４０の間の平均間隔である。

Description

【発明の詳細な説明】 複素粘性係数及び複素係数の測定装置及び方法 発明の分野 本発明は粘性係数の測定に関するものであり、特に少量の流体の複素粘性係 数及び複素係数（complex modulus）を測定する方法及び装置に関する。 発明の背景 流体の粘性係数とは、該流体が剪断応力のもとで流動しようとする抵抗のこ とである。距離ｄｘの間隔で隔てられた、面積Ａをもつ２枚のプレート間に挾ま れた微小容積の流体において、各プレートがその表面と平行な平面上において速 度差ｄｖで、それぞれ移動している状態で、これらプレート上において該流体に よって作用する応力ｆは下記のようになる。 ここでこの流体の粘性係数であるηは、与えられた温度において基本的に一定で あり、剪断速度の影響を受けない。この関係を満足させる流体はニュートン流体 と呼ばれているが、これは存在し得る流体のほんの一部に過ぎない。特に、多く の流体は、剪断速度の影響を受け得るような粘性だけでなく、弾性をも呈してい る。また、複素粘性係数（complex viscosity）を、２枚のプレートをこれらプ レートの表面に対して平行に相対的な振動速度の差をもって動かす装置で測定す ることは従来から行われていた。なお、複素粘性係数とは、絶対値と位相成分と の両方を含んだものとして定義される。 流体の粘性係数を測定するための従来の装置（即ち、粘度計）には、パイプ を通過する際の流速に関するポアズイユの公式を、流体の粘性係数に関係づけた オストバルト粘度計や、流体を通過して落下する球の終端速度に関するストーク スの法則を、流体の粘性係数に関係づけた落球粘度計がある。 これら従来型の粘度計はともに、流体の粘性係数は与えられた温度において 基本的に一定であるという仮定のもとで有効となる。これらは非ニュートン流体 の粘性係数の測定用には使用できない。更に、これらの粘度計では、粘性係数を 正確に測定するためには、流体の多量のサンプルが必要となる。しかし、複素粘 性係数の測定には時間がかかることが多く、測定に使用できる流体の量がほんの 少ししかないことも多い。 このように、非ニュートン流体に対する複素粘性係数の迅速な測定が可能な 粘度計が望まれており、ほんの少しの量の流体を用いるだけで済む粘度計が望ま れている。 発明の概要 本発明は、流体の複素粘性係数の測定を行う粘度計であり、この粘度計は振 動手段を有し、前記振動手段は、流体表面に交互運動を伝達することにより、前 記流体に対応した交互流動を起こさせ得るようになっている。また、該流動によ り、前記流体が、該流体の粘性係数に関係づけられた反作用としての交互的作用 力を、前記振動手段上に作用させ得るようになっている。また、粘度計は前記反 作用としての交互的作用力に関係づけられた作用力信号を発する作用力測定手段 を有し、更に、前記流体表面の交互運動に関係づけられた運動信号を発する変位 測定手段を有し、また前記作用力信号と前記運動信号に基づいて前記流体の複素 粘性係数を演算する処理手段を有している。 好ましくは、前記流体表面の交互運動は、前記表面に対して基本的に垂直な 方向において行われる。 また好ましくは、前記振動手段は電気機械式振動装置からなっており、更に 好ましくは、この電気機械式振動装置は、制御信号に反応するものとなっている 。また好ましくは、この制御信号は、ランダム又は擬似ランダム信号である。 また好ましくは、前記変位測定手段は、前記流体の表面の運動に応じて変化 する静電容量を示す装置からなっている。 また好ましくは、前記作用力測定手段はロードセルからなっている。 また好ましくは、前記処理手段は、前記作用力信号のフーリエ変換Ｆ（ω） 及び、前記運動信号のフーリエ変換Ｈ（ω）を行い、前記作用力信号のフーリエ 変換の、前記運動信号のフーリエ変換に対する比Ｆ（ω）／Ｈ（ω）を算出する ものである。 また好ましくは、前記振動手段は、一方が半径ａをもつ、実質的に平行な２ 枚のプレートから構成されており、これらプレートは平均間隔ｈにより隔離され ており、前記流体は前記２枚のプレートの間に保持されるようになっており、こ の状態で前記処理手段は、前記流体の複素係数Ｇ^* （ω）を、下記の公式によっ て演算する。 また別の形として、前記振動手段は、同軸シリンダの組み合わせから構成さ れてもよい。 更に、本発明は、流体の粘性を測定する方法であり、この方法は、交互運動 を流体表面に伝達することにより、前記流体に対応した交互流動を起こさせると 共に、該流動により、前記流体に、該流体の複素粘性係数に 関係づけられた反作用としての交互的作用力を発生させ、前記反作用としての交 互的作用力に関係づけられた作用力信号を発生させ、前記流体表面の交互運動に 関係づけられた運動信号を発生させ、そして前記作用力信号と前記運動信号に基 づいて前記流体の複素粘性係数を演算するようにする、各ステップから構成され ている。 図面の簡単な説明 本発明の説明は添付された以下の図面を参照に行うことにする。 図１は、本発明による粘度計を示した概要図、 図２は、図１で示す装置の理論的特性を発展させた形で使用されるプレート のパラメータの関係を示した図、 図３は、理論的に予想された値と比較した、２つの上側プレートの直径に対 するＬｏｇ ＴＦとＬｏｇ ｇａｐの間の関係をグラフに示した図、 図４は、本発明において使用される、流体サンプルホルダの別の実施例を示 した図、 図５は、本発明において使用される、流体サンプルホルダの更に別の実施例 を示した図、 図６乃至図８は、鉱油、ボガー流体、ヒアルロン酸溶液に対して個々に測定 された動的粘性係数とストレージ係数（storage modulus）をグラフに示した図 である。 発明の詳細な説明 剪断応力の変化の割合に応じて生じる剪断歪を呈する流体は複素粘性係数を 有すると言われている。 平行な２枚の円形プレート間に液体を保持させ、これらのプレートにそれら プレートのいずれ一方の面に垂直な方向に振動を与えると、これら プレート間の間隔が、これらプレートの間で保持されている流体に対応した対応 速度で変化するということが、当該技術者の間において知られている。この与え られた力ｆ（ｔ）と対応速度ｈ’（ｔ）＝ｄｈ（ｔ）／ｄｔの間の関係は、以下 の式により与えられる。 ここで、ａは円形プレートの半径であり、ｈはこれらプレート間の平均間隔（図 ２参照）であり、η^*は流体の複素粘性係数である。この式のフーリエ変換をと ると次のようになる。 ここで、Ｆ（ω）とＨ（ω）は、それぞれｆ（ｔ）とｈ（ｔ）のフーリエ変換で あり、ｉ＝√−１（虚数単位）である。このフーリエ変換から、値が、Ｇ^*（ω ）＝（ｉω）η^*となっている前記流体の複素係数Ｇ^*（ω）は次のように書くこ とができる。 こうして、この複素係数は、入力信号Ｈ（ω）に対して、Ｆ（ω）に正比例した 出力信号を発する形で応答する動的システムの伝達関数と見做される。この解釈 を用いることにより、前記流体の複素係数は、前記流体に対して振動変位ｈ（ｔ ）を与え、その結果発生する力ｆ（ｔ）を測定し、対応するフーリエ変換Ｆ（ω ）とＨ（ω）を演算し、等式（１）を用いて前記複素係数を演算することにより 決定され得る。 図１は、本発明による粘度計１００の好ましい実施例を示した概要図となっ ている。粘度計１００は、振動装置１２０に制御信号を供給する信号発生器１１ １により作動される差動増幅器１１０を有している。この振動装置は、運動を行 わせ得る装置であればどのようなものでもよい。例えばこの振動装置は、電磁動 振動装置であってもよいし、或いは圧電式、磁歪式、機械式の振動装置であって もよい。この振動装置は、所望の形で制御基準電圧により要求されるような歪を 発生させるのに十分なだけの力があるものでなければならない。 好ましい実施例では、この振動装置は０．１〜１０００Ｈｚの範囲の周波数 をもつものである。 振動装置又はリニアモータ１２０はシャフト１２５を作動させるようになっ ており、該シャフト１２５は、振動装置１２０に隣接した基端部が振動装置に接 続され、該シャフト１２５は実質的に軸方向の運動のみ可能となる形で、拘束部 材１２６、１２７を貫通し伸延している。振動装置１２０により前記シャフト１ ２５は、制御信号に反応する形で、その軸方向に沿って振動し、その振動はフレ ーム１６５に対して相対的な動きとなる。 上部プレート１３０はシャフト１２５の先端部に接合されている。下部プレ ート１４０は、上部プレート１３０に対して隣接し、かつ実質的に平行に配置さ れており、これらにより、流体サンプル１５０が充填され得る空間が形成される ようになっている。好ましくは、プレート１３０、１４０が円形であり、プレー ト１４０はプレート１３０よりも大きな直径をもっているほうがよい。 プレート１４０は作用力測定手段１６０上に搭載されており、この作用力測 定手段１６０は下部プレート１４０を、フレーム１６５に対して実質的に静止し た形で保持している。即ち、前記作用力測定手段は、サンプル１５０を介してプ レート１４０上で作用する力のもとでコンプライアン スをとるようになっている。なお、このコンプライアンスは、プレート１４０に 対するプレート１３０の動きよりも実質的に小さいものとなっている。作用力測 定手段１６０は出力信号、即ち作用力信号を供給する。即ち、この信号ｆ（ｔ） は、上部プレート１３０の動きに対して反応する形で流体サンプル１５０がプレ ート１３０、１４０に作用させる力を示すものである。この作用力は等式（１） により流体サンプル１５０の粘性係数に関連付けられている。なお、前記等式（ １）において、ａはプレート１３０の半径であり、ｈはプレート１３０、１４０ の間の平均間隔である。作用力測定手段１６０は出力信号を供給し得るようにな っており、この出力信号は、供給された力に対して微小の位相のずれを伴った形 で、略０の周波数から少なくとも所定の周波数上限までの作用力に正比例してい る。好ましくは、作用力測定装置１６０は圧電式ロードセルからなっており、ま た、作用力信号ｆ（ｔ）を供給するための歪ブリッジ増幅器１７５に接続されて いてもよい。 前記シャフト１２５は、好ましくは、制御信号に反応して軸方向に振動する 形のシリンダ１７０を形成する形で段状に形成されている。管１８０がシリンダ １７０と同軸状に搭載されている。但し、この管１８０はフレーム１６５に対し て実質的に静止した形で保持されており、これにより、シリンダ１７０と管１８ ０の重なり具合が上部プレート１３０の運動に応じて変化するようになっている 。シリンダ１７０及び管１８０は導電的であるが、これら相互間は電気的に絶縁 されている。これにより、互いの重なり具合を示す、従って上部プレート１３０ の運動を示す静電容量をもった電気コンデンサが形成される。静電容量測定装置 １９０はシリンダ１７０及び管１８０に電気的に接続されており、出力信号、即 ち運動信号ｈ（ｔ）を出力する。この信号は、上部プレート１３０の運動を示す ものである。 好ましくは、静電容量測定装置１９０は電気容量比アームトランスフオーマ ブリッジ（a capacitance ratio arm transformer bridge）である。しかし、上 部プレート１３０の動きを測定し、運動信号を供給できれば、その他どのような 手段が採用されてもよい。例えばこのような手段は、上部プレート１３０の位置 に応じた光の反射又は透過に基づいた光学手段であってもよい。上部プレート１ ３０の位置を測定する手段は、該上部プレートの、その中央位置に対する変位に 対し、該動きに対して微小の位相のずれを伴った形で、略０の周波数から所定の 周波数上限までの範囲で正比例した信号を発し得るようになっていなければなら ない。 差動増幅器１１０はサーボループを構成していてもよく、このサーボループ は、ネガティブフィードバックを採用し、運動信号を入力信号と比較し、上部プ レート１３０の動きを入力信号に正確に従うようにする必要が生じれば制御信号 を修正するようになっている。 前記運動及び作用力信号、即ちｈ（ｔ）及びｆ（ｔ）はプロセッサ２００に 供給され、該プロセッサ２００は、対応するフーリエ変換、即ちＨ（ω）及びＦ （ω）を演算する。これらの信号及びパラメータａ、ｈの情報により、前記プロ セッサは、等式（１）により複素係数Ｇ^*（ω）を、周波数ωの各値に対して演 算することができる。好ましくは、プロセッサ２００は、作用力及び運動信号（ これらは通常アナログ信号である）を同内容のデジタル信号にコンバートするア ナログ・デジタルコンバータ１７６、１９１を有したデジタルプロセッサである 。 Ｇ^*（ω）が決定されると、（ｉω）により分割されて、複素粘性係数η^*が 生成されるようになっている。Ｇ^*（ω）とη^*の両者は実数と虚数の形で、或い はその他、所望の如何なる形でも示されるようになっている。 本発明の一実施例では、流体サンプル１５０は２つの平坦な円形プレ ートの間に保持されており、これらプレートはそれぞれ５ｍｍの接触半径をもち 、０．７５ｍｍで隔離されている。そして、粘性係数を測定するのに要求される 流体の量は約０．０５９μＬである。なお、使用される流体の量は、場合に応じ て、これより多くなったり又は少なくなったりしてもよい。 しかし、流体／空気間の境界の形状の調整は、図１に示すように下部プレー トが上部プレートよりも大きいほうが容易であるようだ。流体が上部プレートの 円筒表面にまで少し盛り上がる程度に十分な量であれば、このプレートの下面全 体が、該流体と十分かつ効果的な接触をなせるようになるものと確信される。こ れは下部プレートの中央に、前記平均間隔の容積より約１０％ほど大なる正確な 量の流体を搭載することにより達成される。また、上部プレートの縁端部が鋭利 になっていることも重要である。 境界の状態は、粘度の高い流体においては調整するには更に困難である。な お、これらの流体に対しては、底の浅い容器が便利であるようだ。この容器は、 下部プレートに対して１．５ｍｍの深さをもつリング（図４を参照、但し、ノッ トスケールである）を取り付けることによって形成する。こうして、このように 形成された容器の壁が上部プレートの周辺部から、前記平均間隔の少なくとも５ 倍の大きさで離れた状態になるようにする。流体は、前記平均間隔よりも約１０ ％大きい深さで容器を満たすように十分に供給される。 圧電式及び歪ゲージ式のどちらのロードセルを使用しても良好な結果が得ら れる。圧電式タイプのものは、高い耐久性、高いスチフネス、良好な感度をもっ ているが、低い周波数においては出力がやや速く消えてしまう。歪ゲージ式タイ プのものは、周波数０まで均一な反応をなすが、一般的にこわれやすくコンプラ イアンスがかなり大きい。ロードセルにおけるコンプライアンスは、運動及び作 用力の両方の測定に付加的な動的反応の 影響を与えることから好ましくない。 プロトタイプの装置における上部プレートの動きのスペクトルは、１２５Ｈ ｚでのドライブシステムにおいて、機械的共振により完全には均一ではない。こ の共振は伝達関数の計算には影響しないが、周波数の上限を１００Ｈｚまでにす ることにより、本作業において共振は防止された。現在の装置における周波数の 範囲は、最高の周波数が可変的ではあるが、分析装置のノイズベースにより略２ 桁までに制限されている。低い周波数では、生じた作用力は小さいが、高い周波 数では、いくつかの流体に関しては、生じた作用力は高く、ドライバに過負荷を 与えることにより変位を減少させる必要ある程である。どちらの場合でも、信号 の１つのノイズ含有量は増加し、信号間の相関関係は弱くなる。作用力は、上部 プレートの直径、又は平均間隔、又はこれら両方を変化させることにより、増大 したり、減少したりする。例えば、上部プレートの直径を５０％増加させ、平均 間隔を半分にすることにより、前記作用力が４０倍増加される。 相関関係は通常、相関係数ｒ²により測定され、この相関係数ｒ²は、２つの 信号が完全に相関した際に１となり、２つの信号が相関しない際に０となる。ｒ² は結果の質を測定するのに便利なものであり、今回の作業で使用された。一般 的にｒ²が０．９５よりも大きい場合には、結果は信頼性があると思われる。し かしながら、こ伝達関数がそのままにモニタスクリーンに表示された場合、弱い 相関関係は雑音の多い伝達関数に見なされやすい。 好ましくは、上部プレートと下部プレートとの間の平均間隔は、流体フィル ムの厚さを変化させることができるように、調整可能になっている。また好まし くは、２枚のプレートの相対的位置を示す装置を有しており、これらプレートの 平均間隔が望みどうりに設定できるようになっている。 振動手段は、図１に図示する実質的に平行な円形のプレート、或いは 図４に示す皿状装置を採用することに限定されない。有効な別の実施例では、図 ５に示すように、同軸状のシリンダ１２５、２３０からなる流体サンプルホルダ をもつ振動装置を有している。図５に示す実施例では、外部シリンダ２３０は、 その下端において閉塞され、但し中空となっており、容器を形成している。 好ましくは、振動装置におけるプレートは、別の形の流体サンプルホルダを 使用し得るように取外し自在になっている。所定の範囲のすべての周波数におい て十分なエネルギーを含むならば、プレートの相対的な運動により流体上に加わ る振動の波形はどのような特性のものであってもよい。このような波形は、次に 示す形のどれかであってもよい。即ち、異なった周波数のいくつかの正弦波の合 成、単一又は逆向きのランプ（ramps）、階段関数又は衝撃関数、或いは時間の ランダム関数である。好ましくは、ランダム信号は、歪がランダムに連続的に変 化し続ける形で、中央変位を中心とした対向した２枚のプレートの垂直移動を提 供するように使用される。時間のランダム関数は、所定の二乗平均平方根振幅及 び、周波数０から所定の上限周波数に亙って実質的に一定なパワースペクトルを 有しており、当該技術者間においてよく知られた、デジタル電気擬似ランダムノ イズ発生回路によって発生される。 好ましくは、２枚のプレートの平均間隔及び、時間のランダム関数の二乗平 均平方根振幅及び、上限周波数がすべて可変になっている。 実験結果 ａ⁴／ｈ³と等式（１）により示された作用力との間の関係は良好に構築され るが、小さな振幅振動歪の条件下ではまだテストされていない。本件におけるそ の適用可能性は、ライトシリコンオイルを用いた実験において試験された。プレ ートの平均間隔は最も変更しやすいパラメータとなっ ているので、本実験は、プレートの平均間隔と伝達関数との間の関係を試験する ように設定された。２つの相違する上部プレートが使用され、これらは１４．４ 及び９．１ｍｍの直径をもっていた。１ｍｍの最大間隔で、縦横比２ａ／ｈは１ ４．４及び９．１の最小値となり、最小の間隔で２８．８及び１８．２に増加し た。励磁振幅は間隙の５％から１０％の範囲で一定であった。下部プレートは２ ３ｍｍの直径であった。上部プレートの半径と伝達関数の間の関係の有効性は、 測定された伝達関数と、平均間隔と上部プレートの直径の各組合せについて計算 された理論的な伝達関数とを比較することによって推論された。 平均間隔は０．０５ｍｍづつ、１ｍｍから０．５ｍｍまで小さくされ、各ス テップにおいて等しい伝達関数が得られた。これらは、１００Ｈｚの最大周波数 を用いた各セッティングにおける３２の励磁シーケンスから求められた。これら はきわめて規則的であり、典型的なニュートン流体の様を呈した。その結果、単 一の典型的な値でこれらを十分特徴づけることができ、９０Ｈｚの周波数での値 が得られた。 Ｌｏｇ ｈとＬｏｇ ＴＦ（ｍａｇ．）の間の関係は、図３に示すように、す べての場合において−３に非常に近い傾きをもった直線状であることが判明した 。図３上の連続した直線は、前記流体について規定された１Ｐａ ｓの公称粘性 係数を用いて、２つの上部プレートの直径に対して計算された。計算された値に 対するデータの類似性は、本発明による方法及び機器構造を用いたテストにおい て得られたデータ分析に対する等式（１）の適合性を示すのに用いられた。 本発明により構成されたフーリエ・マイクロレオメータにより得られた結果 の例を、特性のよく知られた３つの流体について以下のように説明する。 流体１：軽鉱物潤滑油（シェル・タルパ５０）。この流体はフーリエ・ マイクロレオメータにより、該オイルを下部プラテンの上に配置し、１５ｍｍの 直径の上部プラテンと１ｍｍにセットされた平均間隔を使用することにより測定 された。動的粘性係数とストレージ係数（storage modulus）に対する結果は、 ０から７５０ラジアン毎秒の範囲に亙って図６に図示されている。これにより、 前記オイルは、０に近いストレージ係数と、調査された周波数範囲に亙った一定 な動的粘性係数をもつ実質的にニュートン流体であると判明される。 流体２：灯油（６．９８％）に溶かされ、小さな分子量のポリブテン（「Ｈ ｙｖｉｓ ３」という商品名のもの）（９３％）で希釈された大きな分子量（４ ００万から６００万）のポリイソブチレン（０．２４４％）からなる軽ボガー（ Ｂｏｇｅｒ）流体。ボガー流体は、非ニュートン流体の様を呈しており、Ｄ．Ｂ ．ボガーとＭ．Ｅ．マッケイの論文、即ちＪ．非ニュートン流体構造４１（１９ ９１）の１３６−１５０における「理想的弾性流体の連続及び分子判定」におい て詳しく述べられている。器具の設定は、上部プラテンを直径１０ｍｍとし、平 均間隔を１ｍｍとする。フーリエ・マイクロレオメータによる判定において測定 された態様は図７に図示されており、前記流体は殆ど一定な動的粘性係数を有し ているが、周波数の増大によりスチフネス又はストレージ係数を増加させること がわかる。 流体３：蒸留水に溶かされた、高い分子量のヒアルロン酸（分子量２５０万 ）からなる希釈溶液（１０％）。ヒアルロン酸はムコ多糖透析物であり、また、 滑液流体の本質的な要素である。この流動学的、化学的構造は次の論文で述べら れている。即ち、レオロジカルアクタ１０（１９７７）の１−７における、Ｐ． Ｃ．セラー、Ｄ．ドーソン、Ｖ．ライトによる「滑液流体の流動学」である。フ ーリエ・マイクロレオメータによる、流動学的特性の測定に対する機器の設定は 、上部プラテンの直径を１５ｍｍ とし、平均間隔を０．５ｍｍに設定した。測定された周波数を伴った動的粘性係 数とストレージ係数は図８に示されている。この結果により、ストレージ係数又 はスチフネスは周波数とともに増加する反面、動的粘性係数は周波数とともに減 少すること（通常、シアシニング（shear thinning）と呼ばれる）が示されてい る。 このように、少量の流体についての複素粘性係数を測定する粘度計が説明さ れた。当該技術分野における技術者であれば、広範囲に述べられた本発明の範囲 から離れること無く、クレームの範囲内で、本発明に対して様々な変形が可能な ことは明白である。それ故、本説明は例示的なものであって、これに限定される ものとして解釈されてはならない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年６月２４日 【補正内容】 特許請求の範囲 １．（修正）流体の複素粘性係数の測定を行う粘度計であり、該粘度計は振動手 段を有し、前記振動手段は、流体表面に、該表面に対して実質的に垂直な方向に おいて、ランダム又は擬似ランダムな交互運動を伝達することにより、前記流体 に対応した交互流動を起こさせ得るようになっていると共に、該流動により、前 記流体が、該流体の粘性係数に関係づけられた反作用としての交互的作用力を、 前記振動手段上に作用させ得るようになっており、前記反作用としての交互的作 用力に関係づけられた作用力信号を発する作用力測定手段を設け、前記流体表面 の交互運動に関係づけられた運動信号を発する変位測定手段を設け、前記作用力 信号と前記運動信号に基づいて前記流体の複素粘性係数を演算する処理手段を設 けて構成される。 ２．（削除） ３．前記振動手段は電気機械式振動装置である請求項１記載の粘度計。 ４．前記振動装置は、生成された制御信号に反応するようになっている請求項３ 記載の粘度計。 ５．（削除） ６．前記変位測定手段は、前記流体の表面の運動に応じて変化する静電容量を示 す装置を有する請求項１記載の粘度計。 ７．前記作用力測定手段はロードセルである請求項１記載の粘度計。 ８．前記処理手段は、前記作用力信号のフーリエ変換Ｆ（ω）及び、前記運動信 号のフーリエ変換Ｈ（ω）を行い、前記作用力信号のフーリエ変換の、前記運動 信号のフーリエ変換に対する比Ｆ（ω）／Ｈ（ω）を算出するようになっている 請求項１記載の粘度計。 ９．前記振動手段は、その一方が半径ａの円形である、実質的に平行な２枚のプ レートを有しており、これらプレートは平均間隔ｈにより隔離されており、前記 流体は前記２枚のプレートの間に保持されるようになっており、前記処理手段は 、前記流体の複素モジュールＧ^*（ω）を、公式； によって演算するようになっている請求項１記載の粘度計。 １０．前記振動手段は、同軸シリンダの組み合わせを含んでいる請求項１記載の 粘度計。 １１．（修正）流体の粘性係数を測定する方法であり、この方法は、 ランダム又は擬似ランダムな交互運動を流体表面に、該表面に対して実質的 に垂直な方向において伝達することにより、前記流体に対応した交互流動を起こ させると共に、該流動により、前記流体に、該流体の複素粘性係数に関係づけら れた反作用としての交互的作用力を発生させ、 前記反作用としての交互的作用力に関係づけられた作用力信号を発し、 前記流体表面の交互運動に関係づけられた運動信号を発し、 前記作用力信号と前記運動信号を処理して前記流体の粘性係数を演算する、 これらステップから構成されている。 １２．（削除） １３．前記交互運動は電気機械式振動装置によって伝達される請求項１１記載の 方法。 １４．（削除） １５．変位が、前記流体表面の運動に応じて変化する静電容量を示す装置により 測定されるようになっている請求項１１記載の方法。 １６．作用力が、ロードセルにより測定されるようになっている請求項１１記載 の方法。 １７．前記複素粘性係数は、前記作用力信号のフーリエ変換Ｆ（ω）及び、前記 運動信号のフーリエ変換Ｈ（ω）及び、前記作用力信号のフーリエ変換の、前記 運動信号のフーリエ変換に対する比Ｆ（ω）／Ｈ（ω）を得ることにより演算さ れるようになっている請求項１１記載の方法。 １８．前記交互運動は、その一方が半径ａをもつ、実質的に平行な２枚のプレー トにより伝達されるようになっており、これらプレートは平均間隔 ｈにより隔離されており、前記流体は前記２枚のプレートの間に保持されるよう になっており、前記流体の複素モジュールＧ^*（ω）が、公式； によって演算されるようになっている請求項１１記載の方法。 １９．前記交互運動は、前記流体を同軸シリンダの組み合わせの間に配置するこ とにより伝達されるようになっている請求項１１記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 は、等式；Ｇ^*（ω）＝ｈ³／３πａ⁴Ｆ（ω）／Ｈ （ω）、により流体サンプル１５０の粘性係数に関連付 けられている。なお、この等式において、Ｇ^*（ω）は 複素係数であり、Ｆ（ω）はｆ（ｔ）のフーリエ変換で あり、Ｈ（ω）はｈ（ｔ）のフーリエ変換であり、ａは プレート１３０の半径であり、ｈはプレート１３０、１ ４０の間の平均間隔である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体の複素粘性係数の測定を行う粘度計であり、該粘度計は振動手段を有し 、前記振動手段は、流体表面に交互運動を伝達することにより、前記流体に対応 した交互流動を起こさせ得るようになっていると共に、該流動により、前記流体 が、該流体の粘性係数に関係づけられた反作用としての交互的作用力を、前記振 動手段上に作用させ得るようになっており、前記反作用としての交互的作用力に 関係づけられた作用力信号を発する作用力測定手段を設け、前記流体表面の交互 運動に関係づけられた運動信号を発する変位測定手段を設け、前記作用力信号と 前記運動信号に基づいて前記流体の複素粘性係数を演算する処理手段を設けて構 成される。 ２．前記流体表面へ伝達される交互運動は、前記表面に対して実質的に垂直な方 向において行われる請求項１記載の粘度計。 ３．前記振動手段は電気機械式振動装置である請求項１記載の粘度計。 ４．前記電気機械式振動装置は、生成された制御信号に反応するようになってい る請求項３記載の粘度計。 ５．前記制御信号は、ランダム又は擬似ランダム信号である請求項４記載の粘度 計。 ６．前記変位測定手段は、前記流体の表面の運動に応じて変化する静電容量を示 す装置を有する請求項１記載の粘度計。 ７．前記作用力測定手段はロードセルである請求項１記載の粘度計。 ８．前記処理手段は、前記作用力信号のフーリエ変換Ｆ（ω）及び、前記運動信 号のフーリエ変換Ｈ（ω）を行い、前記作用力信号のフーリエ変換の、前記運動 信号のフーリエ変換に対する比Ｆ（ω）／Ｈ（ω）を算出するようになっている 請求項１記載の粘度計。 ９．前記振動手段は、その一方が半径ａの円形である、実質的に平行な２枚のプ レートを有しており、これらプレートは平均間隔ｈにより隔離されており、前記 流体は前記２枚のプレートの間に保持されるようになっており、前記処理手段は 、前記流体の複素モジュールＧ^*（ω）を、公式； によって演算するようになっている請求項１記載の粘度計。 １０．前記振動手段は、同軸シリンダの組み合わせを含んでいる請求項１記載の 粘度計。 １１．流体の粘性係数を測定する方法であり、この方法は、 交互運動を流体表面に伝達することにより、前記流体に対応した交互流動を 起こさせると共に、該流動により、前記流体に、該流体の粘性係数に関係づけら れた反作用としての交互的作用力を発生させ、 前記反作用としての交互的作用力に関係づけられた作用力信号を発し、 前記流体表面の交互運動に関係づけられた運動信号を発し、 前記作用力信号と前記運動信号に基づいて前記流体の粘性係数を演算する、 これらステップから構成されている。 １２．前記流体表面に伝達される交互運動は、前記表面に対して実質的に垂直な 方向において行われる請求項１１記載の方法。 １３．前記交互運動は電気機械式振動装置によって伝達される請求項１１記載の 方法。 １４．前記振動装置は、ランダム又は擬似ランダム信号により作動される請求項 １３記載の方法。 １５．変位が、前記流体表面の運動に応じて変化する静電容量を示す装置により 測定されるようになっている請求項１１記載の方法。 １６．作用力が、ロードセルにより測定されるようになっている請求項１１記載 の方法。 １７．前記複素粘性係数は、前記作用力信号のフーリエ変換Ｆ（ω）及び、前記 運動信号のフーリエ変換Ｈ（ω）及び、前記作用力信号のフーリエ変換の、前記 運動信号のフーリエ変換に対する比Ｆ（ω）／Ｈ（ω）を得ることにより演算さ れるようになっている請求項１１記載の方法。 １８．前記交互運動は、その一方が半径ａをもつ、実質的に平行な２枚のプレー トにより伝達されるようになっており、これらプレートは平均間隔ｈにより隔離 されており、前記流体は前記２枚のプレートの間に保持されるようになっており 、前記流体の複素モジュールＧ^*（ω）が、公式； によって演算されるようになっている請求項１１記載の方法。 １９．前記交互運動は、前記流体を同軸シリンダの組み合わせの間に配置するこ とにより伝達されるようになっている請求項１１記載の方法。