(57)【要約】【課題】液体同士の界面の状態を高精度に測定する。【解決手段】流体界面特性測定装置１は、ベース流体Ｓを貯留する容器１０と、ベース流体Ｓ内において球面状の第一界面Ｋａを形成するように第一流体Ａを保持する第一流体保持部２０と、ベース流体Ｓ内において球面状の第二界面Ｋｂを形成するように第二流体Ｂを保持する第二流体保持部３０と、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの距離を接近させる界面位置移動機構と、を備える。結果、流体界面特性測定装置１は、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂを接近させることで、第一界面Ｋａ又は第二界面Ｋｂの特性を測定する【選択図】図１
2020143946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース流体を貯留する容器と、
前記ベース流体内において、該ベース流体に対する球面状の第一界面を形成するように、第一流体を保持する第一流体保持部と、
前記ベース流体内において、該ベース流体に対する球面状の第二界面を形成するように、第二流体を保持する第二流体保持部と、
前記第一界面と前記第二界面の距離を接近させる界面位置移動機構と、を備え、
前記第一界面と前記第二界面を接近させることにより、前記第一界面又は前記第二界面の特性を測定することを特徴とする、
流体界面特性測定装置。
【請求項２】
前記界面位置移動機構は、
前記第一流体保持部と前記第二流体保持部の相対距離を変化させる移動機構を有することを特徴とする、
請求項１に記載の流体界面特性測定装置。
【請求項３】
前記界面位置移動機構は、
前記第一流体及び／又は前記第二流体の液量を制御することで、前記第一界面と前記第二界面を接近させる接近用液量制御機構を有することを特徴とする、
請求項１又は２に記載の流体界面特性測定装置。
【請求項４】
前記第一流体保持部は、前記第一流体が案内される第一案内路を有することを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれかに記載の流体界面特性測定装置。
【請求項５】
前記第一流体と前記第二流体は、同一の対象流体となっており、
前記第一案内路を経て前記第一流体保持部に供給される前記対象流体を、前記第二流体保持部に移動させることで、前記対象流体を前記第二流体保持部に保持させることを特徴とする、
請求項４に記載の流体界面特性測定装置。
【請求項６】
前記容器の中において、前記第一流体保持部が鉛直方向の低所位置、前記第二流体保持部が鉛直方向の高所位置に配置されることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載の流体界面特性測定装置。
【請求項７】
前記第一界面と前記第二界面の接近方向に沿う軸を接近軸と定義する際に、
前記第一流体保持部及び／又は前記第二流体保持部は、前記接近軸の直角方向へ前記第一流体及び／又は前記第二流体が移動することを規制する側方支持面を有することを特徴する、
請求項１乃至６のいずれかに記載の流体界面特性測定装置。
【請求項８】
前記側方支持面は、前記接近方向に向かって前記接近軸の径方向外側に広がる傾斜面を有することを特徴とする、
請求項７に記載の流体界面特性測定装置。
【請求項９】
前記側方支持面は、前記第一流体及び／又は前記第二流体の側面を取り囲む筒状体を有することを特徴とする、
請求項７又は８に記載の流体界面特性測定装置。
【請求項１０】
前記界面位置移動機構によって前記第一界面と前記第二界面が当接した状態で、前記第一界面と前記第二界面の間に押力を付与する付勢機構を有することを特徴とする、
請求項１乃至９のいずれかに記載の流体界面特性測定装置。
【請求項１１】
前記付勢機構は、前記押力を、傾斜状又は階段状に増加させることを特徴とする、
請求項１０に記載の流体界面特性測定装置。
【請求項１２】
前記付勢機構は、
前記第一流体及び／又は前記第二流体の液量を制御することで、前記押力を変化させる押圧用液量制御機構を有することを特徴とする、
請求項１０又は１１に記載の流体界面特性測定装置。
【請求項１３】
前記第一流体保持部及び／又は前記第二流体保持部に作用する力を検出する力検知部を有することを特徴とする、
請求項１乃至１２のいずれかに記載の流体界面特性測定装置。
【請求項１４】
前記第一界面と前記第二界面が当接した時から、前記第一界面と前記第二界面が合一する時までの時間を計測するタイマ手段を有することを特徴とする、
請求項１乃至１３のいずれかに記載の流体界面特性測定装置。
【請求項１５】
容器にベース流体を貯留し、
前記ベース流体内において、該ベース流体に対する球面状の第一界面を形成するように、第一流体を保持し、
前記ベース流体内において、該ベース流体に対する球面状の第二界面を形成するように、第二流体を保持し、
前記第一界面と前記第二界面を接近させることにより、前記第一界面又は前記第二界面の特性を測定することを特徴とする、
流体界面特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベース流体中に独立して存在する対象流体の界面の特性を測定する装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、混ざり合わない二種類の流体の界面には界面張力が生じる。二種類の流体が混ざり合わない状態とは、一方の流体の分子相互作用の力が、他方の流体をはるかに凌ぐことで、相分離する事を意味する。この相分離した二相の境界が界面となる。例えば、水分子同士には分子間力よりかなり強い水素結合が働くが、油の分子同士では互いに弱い分子間力しか働かない。結果、水は水分子同士で固まって安定化するので、水と油は混ざり合わない。
【０００３】
二つの相が接する界面は、分子間の引力に基づき、その界面の表面積を減少させようとする力が作用する。この力が界面張力であり、単位面積当たりの界面自由エネルギーで定義される。
【０００４】
界面活性剤は、この界面の構造を変化させることで、界面張力を変動させる役割がある。従って、界面活性剤等の研究開発では、二種類の流体の界面の状態を測定することが求められる。
【０００５】
特許文献１には、界面状態を分析する装置が開示されている。この分析装置は、第一の流体の中で、第二の液体を注射針で供給して液滴を作成し、その挙動をカメラで撮影する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表平６−５１１５５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の分析装置では、界面の状態を十分に分析することが難しい。本発明者らの未公知の検証によると、例えば、水中に分散している油滴の表面には、特異的な水和層が形成されていると考えられるが、その水和層が、油滴に対してどのような影響を与えているかについて、従来の分析装置では検証が困難である。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ベース流体中に独立して存在する対象流体の界面の状態を、より詳細に分析可能な測定装置等を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明は、ベース流体を貯留する容器と、前記ベース流体内において、該ベース流体に対する球面状の第一界面を形成するように、第一流体を保持する第一流体保持部と、前記ベース流体内において、該ベース流体に対する球面状の第二界面を形成するように、第二流体を保持する第二流体保持部と、前記第一界面と前記第二界面の距離を接近させる界面位置移動機構と、を備え、前記第一界面と前記第二界面を接近させることにより、前記第一界面又は前記第二界面の特性を測定することを特徴とする、流体界面特性測定装置である。
【００１０】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記界面位置移動機構は、前記第一流体保持部と前記第二流体保持部の相対距離を変化させる移動機構を有することを特徴とする。
【００１１】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記界面位置移動機構は、前記第一流体及び／又は前記第二流体の液量を制御することで、前記第一界面と前記第二界面を接近させる接近用液量制御機構を有することを特徴とする。
【００１２】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記第一流体保持部は、前記第一流体が案内される第一案内路を有することを特徴とする。
【００１３】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記第一流体と前記第二流体は、同一の対象流体となっており、前記第一案内路を経て前記第一流体保持部に供給される前記対象流体を、前記第二流体保持部に移動させることで、前記対象流体を前記第二流体保持部に保持させることを特徴とする。
【００１４】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記容器の中において、前記第一流体保持部が鉛直方向の低所位置、前記第二流体保持部が鉛直方向の高所位置に配置されることを特徴とする。
【００１５】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記第一界面と前記第二界面の接近方向に沿う軸を接近軸と定義する際に、前記第一流体保持部及び／又は前記第二流体保持部は、前記接近軸の直角方向へ前記第一流体及び／又は前記第二流体が移動することを規制する側方支持面を有することを特徴する。
【００１６】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記側方支持面は、前記接近方向に向かって前記接近軸の径方向外側に広がる傾斜面を有することを特徴とする。
【００１７】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記側方支持面は、前記第一流体及び／又は前記第二流体の側面を取り囲む筒状体を有することを特徴とする。
【００１８】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記界面位置移動機構によって前記第一界面と前記第二界面が当接した状態で、前記第一界面と前記第二界面の間に押力を付与する付勢機構を有することを特徴とする。
【００１９】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記付勢機構は、前記押力を、傾斜状又は階段状に増加させることを特徴とする。
【００２０】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記付勢機構は、前記第一流体及び／又は前記第二流体の液量を制御することで、前記押力を変化させる押圧用液量制御機構を有することを特徴とする。
【００２１】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記第一流体保持部及び／又は前記第二流体保持部に作用する力を検出する力検知部を有することを特徴とする。
【００２２】
上記流体界面特性測定装置に関連して、前記第一界面と前記第二界面が当接した時から、前記第一界面と前記第二界面が合一する時までの時間を計測するタイマ手段を有することを特徴とする。
【００２３】
上記目的を達成する本発明は、容器にベース流体を貯留し、前記ベース流体内において、該ベース流体に対する球面状の第一界面を形成するように第一流体を保持し、前記ベース流体内において、該ベース流体に対する球面状の第二界面を形成するように第二流体を保持し、前記第一界面と前記第二界面を接近させることにより、前記第一界面又は前記第二界面の特性を測定することを特徴とする、流体界面特性測定方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、流体の界面の状態を、より詳細に分析することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る流体界面特性測定装置の全体構造を示す側面図である。
【図２】（Ａ）は同測定装置の正面図であり、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｄ）は同測定装置の各種制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｅ）は同測定装置の測定状態を示す部分拡大図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、同測定装置における界面同士の接近方法を示す部分拡大図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、同測定装置における界面同士の押力の付勢方法を示す部分拡大図である。
【図７】（Ａ）は、流体同士が合一する直前の状態を示す部分拡大図であり、（Ｂ）は流体同士が合一した後の状態を示す部分拡大図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、測定中に荷重センサで検知される出力を示すグラフである。
【図９】測定中に荷重センサで検知される出力を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、同流体界面特性測定装置の変形例にかかる第一及び第二流体保持部の構造を示す部分拡大断面図である。
【図１１】同流体界面特性測定装置の変形例にかかる第一流体保持部の構造を示す斜視図である。
【図１２】（Ａ）乃至（Ｄ）は、同変形例にかかる第一流体保持部を利用した測定状態を示す部分拡大図である。
【図１３】同流体界面特性測定装置の変形例を示す側面図である。
【図１４】同流体界面特性測定装置の変形例を示す正面図である。
【図１５】同流体界面特性測定装置の変形例を示す側面図である。
【図１６】同流体界面特性測定装置の測定によって得られた、油と水の界面の状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図１に、本発明の実施形態に係る流体界面特性測定装置１の全体構造を示す。流体界面特性測定装置１は、第一及び第二流体と界面を形成するベース流体Ｓを貯留する容器１０と、容器１０内において下側（低所）に配置される第一流体保持部２０と、容器１０内において第一流体保持部２０よりも鉛直上方側（高所）に配置される第二流体保持部３０を有する。図４に示すように、第一流体保持部２０は、ベース流体Ｓ内において不溶性となる第一流体Ａを保持する。第一流体Ａはベース流体Ｓに対する球面状の第一界面Ｋａを形成する。同様に、第二流体保持部３０は、ベース流体Ｓ内において不溶性となる第二流体Ｂを保持する。第二流体Ｂは、ベース流体Ｓに対する球面状の第二界面Ｋｂを形成する。なお、本実施形態では、第一流体Ａと第二流体Ｂを同一流体とする場合を例示するが、本発明はこれに限定されず、第一流体Ａと第二流体Ｂを異ならせることもできる。
【００２８】
図１に戻って、容器１０は、上面が解放された箱体であり、四本の支柱１１を介して、筐体１１０の基部１１０Ｂに固定される。なお、支柱１１と基部１１０Ｂの間には、振動を吸収するための防振材１２が挿入されており、容器１０に対して、外部振動が伝わりにくくなっている。
【００２９】
流体界面特性測定装置１は、更に、鉛直方向の棒状部材の下端で第二流体保持部３０を支持する第二支持機構３８と、第二支持機構３８の上端（筐体１１０の天井面１１０Ａ）に配置されて第二流体保持部３０に作用する外力（重力を含む）を検知する力検知部４０と、第一流体保持部２０を支持する第一支持機構２８と、第一流体保持部２０及び第二流体保持部３０の鉛直方向の相対距離を変化させる鉛直方向保持部移動機構５０と、第一流体保持部２０及び第二流体保持部３０の水平方向の相対距離を変化させる水平方向保持部移動機構６０と、移動制御装置７０と、第一流体保持部２０及び／又は第二流体保持部３０に対する第一流体Ａ及び／又は第二流体Ｂの供給量（液量）を制御する液量制御機構１００と、第一流体Ａと第二流体Ｂの接触状態を撮影するカメラ１３０と、これらの部材を保持する筐体１１０を備える。
【００３０】
鉛直方向保持部移動機構５０は、水平方向保持部移動機構６０を介して第一支持機構２８（第一流体保持部２０）を保持するテーブル５２と、テーブル５２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に往復案内するＺ軸ガイド５４と、Ｚ軸ガイド５４に沿ってテーブル５２を駆動する駆動部５６を有する。本実施形態では、第二流体保持部３０は、第二支持機構３８を介して筐体１１０の天井に固定されていることから、その鉛直方向の位置は固定される。従って、鉛直方向保持部移動機構５０によって第一流体保持部２０を鉛直方向に移動させることで、第一流体保持部２０と第二流体保持部３０の鉛直方向（接近方向）の相対距離を自在に変化させる。勿論、第二流体保持部３０側を鉛直方向に移動させるようにしても良い。
【００３１】
水平方向保持部移動機構６０は、第一支持機構２８（第一流体保持部２０）を水平平面（Ｘ−Ｙ平面）内で移動させる移動機構となっており、Ｘ軸方向に往復案内するＸ軸ガイド６２と、Ｙ軸方向に往復案内するＹ軸ガイド６４と、これらを駆動する駆動部（図示省略）を有する。本実施形態では、第二流体保持部３０の平面方向の位置は固定されている。従って、水平方向保持部移動機構６０によって、第一流体保持部２０を水平方向に移動させることで、第一流体保持部２０と第二流体保持部３０の水平方向の相対距離を自在に変化させる。勿論、第二流体保持部３０側を水平方向に移動させるようにしても良い。
【００３２】
移動制御装置７０は、ソフトウエアが計算機で実行されることで、鉛直方向保持部移動機構５０及び水平方向保持部移動機構６０を制御する部分となる。
【００３３】
鉛直方向保持部移動機構５０及び水平方向保持部移動機構６０は、換言すると、第一流体Ａの第一界面Ｋａと第二流体Ｂの第二界面Ｋｂの相対距離を接近・離反させる界面位置移動機構となる。鉛直方向保持部移動機構５０は、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂを鉛直方向に接近・離反させることができる。水平方向保持部移動機構６０は、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂを水平方向に接近・離反させることができる。なお、本実施形態では、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂを鉛直方向に接近させる態様を例示する。従って、水平方向保持部移動機構６０は、鉛直軸（接近軸）を基準として、第一流体Ａと第二流体Ｂの同軸度（同芯度）を調整する目的で有効利用できる。勿論、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂを水平方向に接近させる態様とすることも可能である。
【００３４】
なお、界面位置移動機構は、鉛直方向保持部移動機構５０及び水平方向保持部移動機構６０のように、第一及び第二流体保持部２０，３０の相対位置を移動させる場合に限られない。詳細は後述するが、第一流体Ａ及び／又は第二流体Ｂの液滴直径を増減させることで、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの相対距離を接近・離反させることも可能である。
【００３５】
図７に示すように、第一流体保持部２０は、鉛直方向に延びる円筒状部材となる。この円筒状部材のリング状の一端（上端）縁が、第一流体Ａを保持する第一支持面２０Ａとなる。第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの接近方向に沿う軸を接近軸（ここではＺ軸）と定義する場合、この第一支持面２０Ａは、接近軸の接近方向に向かって、第一流体Ａを後方側から支持する面となる。第一流体Ａが、ベース流体Ｓと比較して低密度となる場合、第一流体Ａに上昇力（浮力−自重）が作用する。一方、円筒状部材となる第一流体保持部２０は、毛管力と表面張力によって、第一流体Ａの浮上を抑制する。結果、第一支持面２０Ａによって、第一流体Ａが保持される（図４（Ｃ）参照）。第一流体保持部２０の円筒状部材の内部は、第一流体保持部２０に第一流体Ａを案内する第一案内路２１となる。この第一案内路２１は、後述する液量制御機構１００に接続される。第一流体保持部２０の円筒状部材の内径（直径）は、０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、より好ましくは０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に設定され、本実施形態では０．４ｍｍに設定される。第一流体保持部２０の材料は、第一流体Ａに対して濡れやすい材料であることが好ましい。金属の場合は、ステンレスや白金の他、表面が錫めっきされた金属等が好ましい。
【００３６】
図１に戻って、第一流体保持部２０の他端は、Ｕ字状に屈曲することで、ベース流体Ｓの液面から外部に露出される。この露出部分がディスペンサとなっており、第一支持機構２８によって保持される。
【００３７】
図７に示すように、第二流体保持部３０は、水平方向に延びる板状部材となる。この板状部材の下面が第二流体Ｂを保持する第二支持面３０Ａとなる。この第二支持面３０Ａは、鉛直軸（接近軸）の接近方向に向かって、第二流体Ｂを後方側から支持する面となる。第二流体Ｂが、ベース流体Ｓと比較して低密度となる場合、第二流体Ｂに上昇力（浮力−自重）が作用する。第二支持面３０Ａは、上昇力を有する第二流体Ｂの上面側に当接して、第二流体Ｂの上昇を規制する。結果、第二支持面３０Ａによって第二流体Ｂが支持される。
【００３８】
図１に戻って、液量制御機構１００は、いわゆる全自動ディスペンサであり、第一流体Ａ及び／又は第二流体Ｂを貯留するタンク１０２と、これらの流体を定量輸送する液体供給ポンプ１０４と、液体供給ポンプ１０４から第一流体保持部２０の第一案内路２１に液体を供給する配管１０６と、液体供給ポンプ１０４を制御する液量制御装置１０８を備える。例えば、この液量制御機構１００は、少なくとも１．０μＬ単位、望ましくは０．１μＬ単位で供給液量を制御できることが好ましく、第一流体Ａ及び／又は第二流体Ｂの所望サイズの液滴を形成可能とする。流体の種類も自在に交換可能となる。なお、液量制御機構１００は、全自動ディスペンサに限られず、いわゆる注射器等の手動のディスペンサであってもよい。
【００３９】
力検知部４０は、荷重センサ４２と状態判定装置４４を備えており、第二流体保持部３０に作用する力を、荷重センサ４２で検知する。状態判定装置４４では、第二流体保持部３０に対する第二流体Ｂの保持状態、第二流体Ｂの第二界面Ｋｂに作用する外力（第一流体Ａの接触状態）、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの合一状態等を判定する。
【００４０】
第二流体保持部３０が、ベース流体Ｓの液外に位置する際は、第二流体保持部３０及び第二支持機構３８の重力（自重）が荷重センサ４２で検知される。第二流体保持部３０がベース流体Ｓ中に浸漬させると、更に、第二流体保持部３０に作用する浮力が荷重センサ４２で検知される。第二流体保持部３０が第二流体Ｂを保持すると、この第二流体Ｂの自重及び浮力の相殺分（以下、上昇力と称する）が荷重センサ４２で検知される。第一流体Ａと第二流体Ｂが接触すると、その外力（押力）が荷重センサ４２で検知される。第一流体Ａと第二流体Ｂが合一すると、その瞬間の両者の吸引力（合一力）が荷重センサ４２で検知され、その後、第二流体保持部３０側において合一した液滴分の上昇力が荷重センサ４２で検知される。従って、状態判定装置４４は、これらの検知を判別することで、界面の状態変化を判定・検知可能となる。
【００４１】
なお、状態判定装置４４は、荷重センサ４２の出力を利用して、第一界面Ｋａ、第二界面Ｋｂの状態変化を判定・検知する場合を例示するが、荷重以外にも、カメラやレーザー等によって外形変化を検知したり、膜の存在や膜厚等を各種センサで検知したりしても良い。
【００４２】
更に流体界面特性測定装置１は、上述以外にも、経過時間を測定するタイマ装置８０と、測定された値から所望値を算出する評価処理装置９０を有する。状態判定装置４４、移動制御装置７０、タイマ装置８０、評価処理装置９０、液量制御装置１０８等は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）やコンピュータ等のいわゆる計算機で構成されており、様々な種類を用いることが出来る。一般的に計算機は、演算処理部（例えばＣＰＵ）、主記憶装置（例えばＲＡＭ）、記憶媒体（例えばハードディスクやＲＯＭ）等を備えており、記憶媒体に保存される所望のプログラムが演算処理部で実行されることで、目的とする動作（制御）を実現する。なお、ここでは、移動制御装置７０やタイマ装置８０、評価処理装置９０、液量制御装置１０８等が別々の計算機で実現されていてもよく、共通の計算機で実現されていてもよい。
【００４３】
次に、状態判定装置４４、移動制御装置７０、タイマ装置８０、評価処理装置９０、液量制御装置１０８による具体的な制御方法を説明する。なお、説明で参照する図８のタイミングチャートでは、図８（Ａ）は押力を徐々に増大させるパターンを例示し、図８（Ｂ）は、押力を一定に維持するパターンを例示する。
【００４４】
図３（Ａ）に示すように、移動制御装置７０は、移転制御部７１０、接触制御部７２０、押圧制御部７３０を備える。移転制御部７１０は、図４（Ａ）に示すように、第一流体保持部２０に第二流体Ｂの液滴を仮形成した後、図４（Ｂ）に示すように、この第一流体保持部２０を第二流体保持部３０に接近させることで、この第二流体Ｂの液滴を第二流体保持部３０に移動させる。なお、図８（Ａ）に示すように、状態判定装置４４は、第二流体保持部３０に第二流体Ｂの上昇力（Ｆａ−Ｆｒ）が印加されたか否かを荷重センサ４２の出力から判定する。この判定タイミングＴａで、移転制御部７１０は、第一流体保持部２０の上昇を停止させて、更に下降させる。
【００４５】
図４（Ｃ）に示すように、第一流体保持部２０に第一流体Ａの液滴が形成された後、接触制御部７２０は、図４（Ｄ）に示すように、第一流体保持部２０を第二流体保持部３０に再び接近させて、第一流体Ａの第一界面Ｋａを、第二流体Ｂの第二界面Ｋｂに接触させる。従って、接触制御部７２０によって制御される鉛直方向保持部移動機構５０は、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの鉛直方向の相対距離を変化させる界面位置移動機構として機能する。なお、図８（Ａ）に示すように、状態判定装置４４は、第二流体保持部３０に対して、第二流体Ｂの上昇力（Ｆａ−Ｆｒ）以上の外力Ｆｂが印加されたか否か（界面同士が接触したか否か）を判定する。界面同士が接触したタイミングＴｂで、接触制御部７２０は、第一流体保持部２０の移動（上昇）を停止させる。なお、このタイミングＴｂが、測定開始タイミングＴｓとなる。なお、第一流体保持部２０の上昇速度は、例えば１ｍｍ／ｓに設定する。
【００４６】
押圧制御部７３０は、接触制御部７２０によって界面同士の接触が完了した後、図６（Ａ）に示すように、第一流体保持部２０を第二流体保持部３０に更に接近（上昇）させることで、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの間の押力を増大させる。従って、この工程では、押圧制御部７３０によって制御される鉛直方向保持部移動機構５０は、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの間に押力を付与する付勢機構として機能する。結果、第一流体Ａ及び第二流体Ｂは、鉛直方向に押しつぶされて微小変形する。なお、図８（Ａ）に示すように、状態判定装置４４は、階段状又は傾斜状に増加する押力Ｆ（＞Ｆｂ）を検知する。例えば、第一流体保持部２０の上昇速度を０．２ｍｍ／ｓに設定することで、押力Ｆを徐々に増大させる。押力Ｆを増大させると、図７（Ｂ）に示すように、第一流体Ａと第二流体Ｂの界面Ｋａ、Ｋｂが消失して両者が合一する。なお、ベース流体Ｓに対して、第一流体Ａ及び第二流体Ｂの密度が低い場合は、上方側の第二流体Ｂに対して、下方側の第一流体Ａが合流する。従って、第二流体保持部３０に保持される合一後の流体の液量は、第一流体Ａと第二流体Ｂの合計量に近似する。
【００４７】
押圧制御部７３０は、第一流体Ａと第二流体Ｂが合一する瞬間を検知して、第一流体保持部２０の上昇（界面同士の押圧）を停止させる。なお、図８（Ａ）に示すように、状態判定装置４４は、第二流体保持部３０に対して、第一流体Ａと第二流体Ｂを合わせた液量の上昇力（Ｆｃ−Ｆｒ）が作用するか否か（液滴が合一したか否か）を判定する。なお、合一したタイミングＴｅによって、測定が終了する。
【００４８】
タイマ装置８０は、測定開始タイミングＴｓから測定終了タイミングＴｅまでの経過時間を計測する。この経過時間は、界面の膜強度の指標として用いることができる。とりわけ、図８（Ｂ）に示すように、押力Ｆを一定の所望値に維持する場合は、合一するまでの経過時間によって、流体界面の特性（膜強度や膜の排液特性）を評価できる。
【００４９】
図３（Ｂ）に示すように、液量制御装置１０８は、第一液量制御部１０８Ａ、第二液量制御部１０８Ｂ、液量側接触制御部１０８Ｃ、液量側押圧制御部１０８Ｄを有する。第二液量制御部１０８Ｂ、図４（Ａ）に示すように、第一流体保持部２０に供給する第二流体Ｂの液量を制御し、所望の液滴を仮形成する（この第二流体Ｂは第二流体保持部３０に移動する）。例えば、第二流体Ｂの液滴の液量は、数μＬ程度、例えば１０μＬ程度に設定する。第一液量制御部１０８Ａは、図４（Ｃ）に示すように、第一流体保持部２０に供給する第一流体Ａの液量を制御し、所望の液滴を形成する。例えば、第一流体Ａの液滴の液量は、第二流体Ｂと同程度であることが好ましく、数μＬ程度、例えば１０μＬ程度に設定する。第一流体Ａと第二流体Ｂを異素材とする場合は、途中で液体を交換すればよい。
【００５０】
液量側接触制御部１０８Ｃは、図５（Ｂ）に示すように、第一流体保持部２０と第二流体保持部３０の相対距離を一定に維持した状態で、第一流体Ａの液滴の液量を増大させることで、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂを接触させる。従って、液量側接触制御部１０８Ｃによって制御される液量制御機構１００は、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの距離を接近させる界面位置移動機構（接触用液量制御機構）として機能する。
【００５１】
液量側押圧制御部１０８Ｄは、図６（Ｂ）に示すように、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂが接触した状態、かつ、第一流体保持部２０と第二流体保持部３０の相対距離を一定に維持した状態で、更に第一流体Ａの液量を増大させることで、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの間の押力を増大させる。従って、液量側押圧制御部１０８Ｄによって制御される液量制御機構１００は、押力を変化させる付勢機構（押圧用液量制御機構）として機能する。
【００５２】
図３（Ｃ）に示すように、状態判定装置４４は、第一流体検知部４４Ａ、接触検知部４４Ｂ、押力検知部４４Ｃ、合一検知部４４Ｄを有する。第一流体検知部４４Ａは、図８（Ａ）に示すように、第二流体保持部３０に第二流体Ｂに液量に相当する上昇力（Ｆａ−Ｆｒ）が印加されたか否か（第一流体Ａを保持したか否か）を荷重センサ４２の出力から判定する。接触検知部４４Ｂは、第二流体保持部３０に第一流体Ａに上昇力（Ｆａ−Ｆｒ）以上の押力Ｆｂが印加されたか否か（界面同士が接触したか否か）を判定する。押力検知部４４Ｃは、階段状又は傾斜状に増大する押力Ｆｐを検知する。合一検知部４４Ｄは、第二流体保持部３０に対して、第一流体Ａと第二流体Ｂを合わせた液量の上昇力（Ｆｃ−Ｆｒ）が印加されたか否か（合一したか否か）を判定する。
【００５３】
図３（Ｄ）に示すように、評価処理装置９０は、経過時間評価部９２、押力評価部９４、接触面積評価部９６、圧力評価部９８を有する。図８（Ａ）に示すように、経過時間評価部９２は、タイマ装置８０によって測定された経過時間（Ｔｅ−Ｔｓ）を保持し、界面の指標値とする。第一流体Ａと第二流体Ｂが合一するまでの経過時間が長い場合は、界面の膜強度が強いことを意味する。押力評価部９４は、第一流体Ａと第二流体Ｂが合一する直前の最大外力（Ｆｂｍ：図８（Ａ）参照）を取り込んで、両者の間に印加される最大押力（Ｆｂｍ−Ｆａ＝Ｆｐ）を算出する。合一する直前の最大押力（Ｆｂｍ−Ｆａ＝Ｆｐ）が大きい場合は、界面の膜強度が強いことを意味する。接触面積評価部９６は、図７（Ａ）に示すように、カメラ１３０によって撮影された映像から、第一流体Ａと第二流体Ｂが合一する直前の界面同士の接触長さＤを抽出し、この接触長さＤを直径とする正円の面積（接触面積）を算出する。圧力評価部９８は、押力評価部９４で取得された最大押力（Ｆｂｍ−Ｆａ）を、接触面積評価部９６で取得される接触面積で除することで、合一直前に界面に作用する最大圧力を算出する。最大圧力が大きい場合は界面の膜強度が強いことを意味する。
【００５４】
次に、流体界面特性測定装置１による測定手順について説明する。
【００５５】
（第二流体準備工程／第二流体移転行程）  図４（Ａ）に示すように、液量制御機構１００によって、第一流体保持部２０に第二流体Ｂの液滴を一次的に形成し、次いで、図４（Ｂ）に示すように、この第二流体Ｂの液滴を第二流体保持部３０に移動させることで、第二流体保持部３０に第二流体Ｂを保持させる。第二流体Ｂは、球形状又は下側に凸となる部分球形状となり、ベース流体Ｓとの間に第二界面Ｋｂを形成する。
【００５６】
（第一流体準備工程）  図４（Ｃ）に示すように、液量制御機構１００によって、第一流体保持部２０に第一流体Ａの液滴を形成する。第一流体Ａの液滴は、球形状又は上側に凸となる部分球形状となり、ベース流体Ｓとの間に第一界面Ｋａを形成する。なお、第一流体Ａが、第二流体Ｂと異なる液体の場合は、事前に液体を交換する。
【００５７】
（界面接触工程）  図４（Ｄ）に示すように、第一流体保持部２０の第一流体Ａの第一界面Ｋａと、第二流体保持部３０の第二流体Ｂの第二界面Ｋｂを接触させる。なお、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの接触は、図５（Ａ）に示すように、第一流体保持部２０と第二流体保持部３０を接近させる態様と、図５（Ｂ）に示すように、第一流体Ａの液滴直径を増大させる態様のいずれか一方又は双方を選択できる。
【００５８】
（押圧行程／時間経過行程）  図４（Ｅ）に示すように、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの接触状態について、時間を経過させるか又は時間の経過と同時に第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの間の押力を増加させる。この押力は徐々に増加させることが好ましい。なお、押圧動作は、図６（Ａ）に示すように、第一流体保持部２０と第二流体保持部３０を接近させる態様と、図６（Ｂ）に示すように、第一流体Ａの液滴直径を増大させる態様のいずれか一方又は双方を選択できる。
【００５９】
（合一行程）  図７（Ｂ）に示すように、第一及び第二界面Ｋａ、Ｋｂが壊れて、第一流体Ａと第二流体Ｂが合一する。なお、界面の膜強度が低い場合は、図９に示すように、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂが接触した瞬間に両者が合一する。従って、測定開始タイミングＴｓと測定終了タイミングＴｅがほぼ同一時刻となる。
【００６０】
以上の通り、本実施形態の流体界面特性測定装置１によれば、ベース流体Ｓ内で、第一流体Ａの第一界面Ｋａと第二流体Ｂの第二界面Ｋｂを接触させることで、界面の特性を測定することができる。とりわけ、界面同士を接触させることで、その合一状態を測定することで、界面の膜強度を高精度に測定可能となる。例えば、水中に分散している油滴の界面には、特異的な水和層が形成されている可能性が有り、油滴の界面同士を当接させることで、界面間に介在する水和層の強度を測定することが可能となる。
【００６１】
また、本流体界面特性測定装置１は、付勢機構を利用して、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの間に押力を付勢できるので、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの膜強度が大きい場合であっても、強制的に両者を合一させることで、強度測定が可能となる。
【００６２】
更に、本流体界面特性測定装置１は、第一流体保持部２０が鉛直方向の低所位置、第二流体保持部３０を鉛直方向の高所位置に配置することで、第一流体Ａを下方、第二流体Ｂを上方に保持できる。結果、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂを、浮力方向と一致する鉛直方向に接近させる。結果、浮力の影響を、荷重センサの出力値に内在させることで、測定精度の悪化を抑制できる。更に本実施形態では、第一流体保持部２０で第二流体Ｂ用の液滴を仮作成し、この液滴を、鉛直上方に配置される第二流体保持部３０に移動させるので、第二流体保持部３０の構造を簡素化できる。結果、第二流体保持部３０側に外力を検知する力検知部４０を配置することで、重力、浮力、押力を高精度に検知することが可能となる。
【００６３】
なお、上記実施形態では、第一支持面２０Ａ及び第二支持面３０Ａが、共に水平面となっており、これらのみによって第一流体Ａ及び第二流体Ｂを保持する構造を例示したが、本発明はこれに限定されない。
【００６４】
例えば、図１０（Ａ）の変形例に示すように、第一流体保持部２０は、第一支持面２０Ａに加えて、接近軸（Ｚ軸）の直角方向に第一流体Ａが移動することを規制する側方支持面２３を有することが好ましい。ここでは、側方支持面２３が、接近方向（鉛直上方）に延びる環状の内壁面となり、第一流体Ａの一部を取り囲む。結果、第一流体Ａが、第二流体Ｂと接触する際に、接近軸（Ｚ軸）に対する直角方向（Ｘ−Ｙ平面方向）に移動し難くなる。
【００６５】
同様に、第二流体保持部３０は、第二支持面３０Ａに加えて、接近軸（Ｚ軸）の直角方向に第二流体Ｂが移動することを規制する側方支持面３３を有することが好ましい。ここでは、側方支持面３３が、接近方向（鉛直上方）に延びる環状の内壁面となり、第二流体Ｂの一部を取り囲む。以上の結果、第二流体Ｂが、第一流体Ａと接触する際に、両者が、接近軸（Ｚ軸）に対して直角方向（Ｘ−Ｙ平面方向）に移動し難くなる。
【００６６】
特に、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂに押力を付与する際に、第一流体Ａと第二流体Ｂの同軸性を常に高精度で維持できるので、測定精度を向上させることが可能となる。
【００６７】
同様に、図１０（Ｂ）の変形例に示すように、第一流体保持部２０は、接近軸（Ｚ軸）の直角方向に第一流体Ａが移動することを規制する側方支持面２３を有することが好ましい。ここでは、側方支持面２３が、接近方向（鉛直上方）に向かって接近軸（Ｚ軸）径方向外側に広がる傾斜面となる。より詳細に、側方支持面２３は、鉛直上方に向かって拡径する円錐状（すり鉢状）の傾斜面となり、鉛直方向に第一流体Ａを支持する第一支持面２０Ａを兼ねる。結果、第一流体Ａが、第二流体Ｂと接触する際に、接近軸（Ｚ軸）に対する直角方向（Ｘ−Ｙ平面方向）に移動し難くなる。
【００６８】
同様に、第二流体保持部３０は、接近軸（Ｚ軸）の直角方向に第二流体Ｂが移動することを規制する側方支持面３３を有することが好ましい。ここでは、側方支持面３３が、接近方向（鉛直下方）に向かって接近軸（Ｚ軸）径方向外側に広がる傾斜面となる。より詳細に、この側方支持面３３は、鉛直下方に向かって拡径する円錐状（すり鉢状）の傾斜面となり、鉛直方向に第二流体Ｂを支持する第二支持面３０Ａを兼ねる。結果、第二流体Ｂが、第一流体Ａと接触する際に、接近軸（Ｚ軸）に対する直角方向（Ｘ−Ｙ平面方向）に移動し難くなる。
【００６９】
以上の結果、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂに押力を付与する際に、第一流体Ａと第二流体Ｂの同軸性を常に高精度で維持できるので、測定精度を向上させることが可能となる。
【００７０】
更に例えば、図１１及び図１２の変形例に示すように、第一流体保持部２０は、第一支持面２０Ａに加えて、第一支持面２０Ａから接近軸（Ｚ軸）方向に延びる円筒状の保持筒２５を有することが好ましい。この保持筒２５の内周面は、第一流体Ａを取り囲む側方支持面２３となる。なお、第一支持面２０Ａと側方支持面２３の境界には、ベース流体Ｓが筒内に進入できるようにする連通孔２５Ａが周方向に複数形成される。この保持筒２５は、その突端を第二流体保持部３０に接近させることで、保持筒２５の内周面が、第二流体Ｂを取り囲む側方支持面３３を兼ねるようになっている。
【００７１】
図１２（Ａ）に示すように、第一流体保持部２０と第二流体保持部３０を非接触の状態で接近させておき、先ず、第一案内路２１を利用して、保持筒２５内に第二流体Ｂの液滴を形成する。保持筒２５には、連通孔２５Ａが形成されているので、図１２（Ｂ）に示すように、第二流体Ｂに浮力が作用して保持筒２５内を上昇し、第二流体保持部３０の第二支持面３０Ａに当接する。なお、第二流体Ｂを、第一支持面２０Ａから切り離して積極的に浮上させるために、第一流体保持部２０に対して振動や外力等を付与しても良い。結果、第二流体Ｂは、保持筒２５の内周面（側方支持面３３）によって軸直角方向の移動が規制される。
【００７２】
次いで、第一案内路２１を利用して、保持筒２５内に第一流体Ａの液滴を形成する。液滴の液量を増大させると、図１２（Ｃ）に示すように、第一流体の第一界面Ｋａと第二流体Ｂの第二界面Ｋｂが接触する。その後、更に第一流体Ａの液量を増大させることで、界面間に押力を付勢できる。その後、図１２（Ｄ）に示すように、第一流体Ａと第二流体Ｂが合一して、測定が完了する。
【００７３】
更に、上記実施形態では、力検知部４０の荷重センサ４２が、筐体１１０側に設置される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１３に示すように、第二流体保持部３０がベース流体Ｓ中で水平方向等に延びるカンチレバー４６に保持されており、このカンチレバー４６の揺動を、ベース流体Ｓ中の荷重センサ４２で検知することが好ましい。このようにすると、荷重センサ４２が、ベース流体Ｓの液面振動を検知しないで済むので、出力に含まれるノイズを低減できる。
【００７４】
また、上記実施形態では、第一流体保持部２０が一つ配置される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１４に示すように、複数（ここでは２つ）の第一流体保持部２０が配置されており、各第一流体保持部２０に対して、それぞれ独立した液量制御機構１００が接続されるようにしても良い。このようにすると、水平方向保持部移動機構６０のＹ軸ガイド６４を利用して、一方の第一流体保持部２０と他方の流体保持部１０を測定中に切り替えることができる。結果、一方の第一流体保持部２０を利用して第二流体Ｂを第二流体保持部３０に供給し、他方の第一流体保持部２０を利用して第一流体Ａを保持できる。結果、第一流体Ａと第二流体Ｂを、容易に異材料とすることができる。
【００７５】
また更に、上記実施形態では、ベース流体Ｓ中において、第一流体保持部２０が低所、第二流体保持部３０が高所に配置される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１５に示すように、第一流体保持部２０を高所、第二流体保持部３０を低所に配置しても良い。ベース流体Ｓに対して、第一流体Ａ及び第二流体Ｂの密度が大きい場合は、高所の第一流体保持部２０において、一時的に第二流体Ｂの液滴を形成し、その液滴を低所の第二流体保持部３０に移動させる（或いは滴下させる）ことができる。
【００７６】
更にまた、上記実施形態では、第一界面Ｋａと第二界面Ｋｂの間に押力を印加する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、超音波振動を印加することで、合一状態を検出し、膜強度を評価するようにしてもよい。
【実施例】
【００７７】
油が水中に油滴として分散すると、油滴の表面は負に帯電する。図１６に示すように、この帯電は、水中のＯＨ−の吸着に起因しているものと考えられる。また、この油滴の界面近傍の水は、通常の水よりも極性が高い。この事実は、水中に分散している油滴の界面は、油自身の性質とは異なり、特異的な水の層が形成されていることを示唆している。そこで、本発明者らは、上記実施形態の流体界面特性測定装置１を利用し、第一流体Ａ及び第二流体Ｂを油とし、ベース流体Ｓを水として、エマルション滴の界面膜強度を測定した。なお、油剤としては、炭化水素油（ヘキサン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン）を使用した。また、ベース流体となる水に対して、必要に応じて、界面活性剤としてアニオン界面活性剤（ドデシル硫酸ナトリウム：ＳＤＳ）、カチオン界面活性剤（セチルトリメチルアンモニウムブロミド：ＣＴＡＢ）を添加した。油滴の直径は約１．５ｍｍに設定した。
【００７８】
大気中では、第一流体Ａ（油滴）と第二流体Ｂ（油滴）同士は接触するだけで容易に合一するのに対し、本流体界面特性測定装置１を利用した水中では、第一流体Ａ及び第二流体Ｂが同一油種となる場合、界面間に押力を付与しても油滴が楕円形に変形して容易に合一されないことが明らかとなった。一方、第一流体Ａ（油滴）と第二流体Ｂ（油滴）の油種を異ならせると、その組み合わせによっては、容易に合一することも明らかとなった。また、界面活性剤を添加した水溶液中では、互いの油滴を接触させても、楕円形になることなく、正球形を維持した状態で合一することが無いことも明らかとなった。これは、油滴を覆っている界面活性剤の親水基（イオン性基）による静電気的反発等によって、油滴同士の接触を強力に防いでいることが原因であると推察された。
【００７９】
更に、ベース流体Ｓを、超純水、塩化ナトリウム水溶液、尿素水溶液、ホルムアルデヒド水溶液、エタノール水溶液、グリセリン水溶液として、測定を行った。塩化ナトリウム水溶液、尿素水溶液、ホルムアルデヒド水溶液の場合は、油滴同士が容易に合一した。これは、油滴の界面を覆っている水和層が、塩化ナトリウム、尿素、ホルムアルデヒドによって除去されたことが原因であると推察された。
【００８０】
例えば塩化ナトリウムの場合、油剤の種類（同種・異種）に依存することなく、容易に合一した。一般的に、電解質はコロイド粒子の電荷を中和し、水和水を除去する作用を有していることから、コロイド分散系では電解質の添加により凝集・析出する。このことから考えると、塩化ナトリウム水溶液中の油滴も、界面の電荷が中和され、水和層が除去されることで、容易に合一したと推察された。
【００８１】
尿素やホルムアルデヒドの場合は、これら自身が水和することによって、油滴の界面を覆っていた水和層が除去され、油滴同士が合一しやすくなったと推察された
【００８２】
一方、エタノール水溶液、グリセリン水溶液の場合は、油滴同士は容易に合一しなかった。これは、炭化水素部とＯＨ基を有するエタノールとグリセリンは、油滴の界面を配向して、ＯＨ基が水分子と水素結合することにより、油滴表面に強固な（密な）水和層を形成したためであると推察された。
【００８３】
なお、本発明は、上記実施形態で示した事例に限定されるものでは無く、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更できるものである。
【符号の説明】
【００８４】
１    流体界面特性測定装置
１０    容器
２０    第一流体保持部
２０Ａ    第一支持面
２１    第一案内路
２３    側方支持面
２５    保持筒
２８    第一支持機構
３０    第二流体保持部
３０Ａ    第二支持面
３３    側方支持面
３８    第二支持機構
４０    力検知部
４２    荷重センサ
４４    状態判定装置
４６    カンチレバー
５０    鉛直方向保持部移動機構
５２    テーブル
５４    Ｚ軸ガイド
６０    水平方向保持部移動機構
６２    Ｘ軸ガイド
６４    Ｙ軸ガイド
７０    移動制御装置
８０    タイマ装置
９０    評価処理装置
１００    液量制御機構
１１０    筐体
１３０    カメラ
Ｆｐ    押力
Ｋａ    第一界面
Ｋｂ    第二界面
Ｓ    ベース流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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