(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯型粘度計であって、
矩形の液体流路、前記矩形の液体流路に連結された液体入口コネクタ及び前記流路を通じて流れる十分に発達した液体流の圧力低下を測定する、前記流路に沿って位置付けられた少なくとも２つの圧力センサを有する、粘度センサと、
分配ポンプ機構であって、粘度の測定が所望される液体を収容するように適合された容積移送式ピペットに連結するように適合され、これによって、前記分配ポンプ機構の動作が、容積移送式ピペットと協働して、既知の流量で前記液体を前記容積移送式ピペットから分配するものであり、且つ、前記液体入口コネクタを通じて前記容積移送式ピペットが直接連結するように適合された前記粘度センサに連結するように適合され、これによって、粘度の測定が所望される前記液体を、前記容積移送式ピペットから分配した際に、既知の流量で前記液体入口コネクタを通じて前記粘度センサ内へと圧入し、十分に発達した液体流が前記粘度センサの流路を通じて流れるものである、分配ポンプ機構と、
前記粘度計の動作を制御し、センサデータを処理するコントローラとを備える、携帯型粘度計。
【請求項２】
試験結果を示すディスプレイを更に含む、請求項１に記載の携帯型粘度計。
【請求項３】
前記コントローラがプログラムされたマイクロコントローラを含む、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項４】
前記コントローラが、試験変数を入力するためのユーザーインターフェースを含む、請求項３に記載の携帯型粘度計。
【請求項５】
前記容積移送式ピペットは、ピペットバレル、及び前記ピペットバレル内に密閉して、かつ摺動自在に位置付けられたピペットプランジャを含み、前記ピペットプランジャは、前記ピペットバレルから延び、それによって前記ピペットプランジャが前記ピペットバレル内で摺動自在に移動することができるプランジャ端部を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項６】
前記ピペットプランジャは、前記ピペットバレルに対して２つの反対の方向において摺動自在に可動であり、充填方向における移動は、前記ピペットバレルへの液体の充填をもたらし、分配方向における移動は、前記ピペットバレルからの液体の分配をもたらす、請求項５に記載の携帯型粘度計。
【請求項７】
前記分配ポンプ機構は、前記ピペットバレル内の前記液体を前記ピペットバレルから既知の流量で分配するために、前記ピペットバレルに対して前記分配方向において既知の速度で前記ピペットプランジャを移動するように適合されている、請求項６に記載の携帯型粘度計。
【請求項８】
前記分配ポンプ機構がモーターと、前記モーターの動作が主ネジの回転を生じるように前記モーターに連結された前記主ネジと、前記主ネジの回転がプッシュバックの線形移動を生じるように前記主ネジに連結された前記プッシュバックとを含み、前記プッシュバックは前記プランジャ端部に連結されることによって、前記プッシュバックの線形移動が前記ピペットプランジャを前記分配方向において移動させる、請求項７に記載の携帯型粘度計。
【請求項９】
前記コントローラが前記モーターの動作を制御する、請求項８に記載の携帯型粘度計。
【請求項１０】
前記粘度センサが、
３つの側壁、流路入口、及び流路出口を有して、内部に形成された少なくとも１つの流路を備える流路基材と、
実質的に平滑な検出面、及び内部の異なる位置において少なくとも２つの別個の圧力センサを有するモノリシックセンサプレートとを備え、
前記センサプレートの実質的に平滑な検出面が、前記少なくとも１つの流路の第４側壁となり、前記少なくとも１つの流路を通じて流れている液体の完全な収容を可能にするように、前記流路基材及び前記モノリシックセンサプレートが組み合わされ、前記液体が前記流路を流れる際に、前記少なくとも１つの流路内の前記液体の十分に発達した流れの圧力低下が測定されるように、前記モノリシックセンサプレートの前記少なくとも２つの別個の圧力センサの少なくとも２つが、前記流路入口及び前記流路出口から十分に離れて前記少なくとも１つの流路に沿って位置付けられる、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項１１】
前記モノリシックセンサプレートが半導体材料を含む、請求項１０に記載の携帯型粘度計。
【請求項１２】
前記流路が、深さを有し、その深さが１マイクロメートルより大きく１ｍｍ未満である、請求項１０乃至１１のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項１３】
前記携帯型粘度計が、複数の液体に関する既知の粘度値のデータベースを保存する、請
求項１乃至１２のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項１４】
前記粘度計が、測定された粘度値の履歴を保存する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項１５】
前記粘度計が電池駆動式である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項１６】
前記コントローラが、前記コントローラと遠隔コンピュータとの間の通信を可能にする通信手段を含む、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項１７】
粘度の測定が所望される前記液体の温度を制御するために、少なくとも１つの温度制御装置を更に含む、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの温度制御装置は、前記容積移送式ピペット内において前記液体の温度を、前記液体が前記粘度センサ内へと圧入される前に制御する、請求項１７に記載の携帯型粘度計。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの温度制御装置は、前記液体の温度を、前記液体が前記粘度センサを通じて流れる際に制御する、請求項１７乃至１８のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項２０】
前記容積移送式ピペットを前記粘度計内に取り外し可能に取り付けるための取り付け機構を更に含む、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項２１】
携帯型粘度計であって、
分配ポンプ機構と、
矩形の液体流路、及び前記流路を通じて流れる十分に発達した液体流の圧力低下を測定する、前記流路に沿って位置付けられた少なくとも２つの圧力センサを有する、粘度センサと、
粘度の測定が所望される液体を収容するように適合された容積移送式ピペットを、取り外し可能に取り付けるように適合された取り付け機構であって、前記取り付け機構は、前記分配ポンプ機構と協働する位置に、前記容積移送式ピペットを取り付けるよう適合され、これによって前記分配ポンプ機構の動作が前記容積移送式ピペットから前記液体を既知の流量で分配し、並びに、前記粘度センサと協働するように適合され、これによって粘度の測定が所望される前記液体が、前記容積移送式ピペットから分配した際に既知の流量で前記粘度センサ内に圧入され、十分に発達した液体流が前記粘度センサの流路を通じて流れる、取り付け機構と、
前記粘度計の動作を制御し、センサデータを処理するコントローラとを備える、携帯型粘度計。
【請求項２２】
試験結果を示すディスプレイを更に含む、請求項２１に記載の携帯型粘度計。
【請求項２３】
前記粘度の測定が所望される液体の温度を制御するために、少なくとも１つの温度制御装置を更に含む、請求項２１乃至２２のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項２４】
粘度の測定が所望される前記液体が前記容積移送式ピペットから前記粘度センサ内へと圧入される前に、前記容積移送式ピペットが前記取り付け機構に取り付けられている際に、前記容積移送式ピペット内の前記液体の温度を、前記少なくとも１つの温度制御装置が前記取り付け機構と協働して制御する、請求項２３に記載の携帯型粘度計。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの温度制御装置は、粘度の測定が所望される前記液体の温度を、前記液体が前記粘度センサを通じて流れる際に制御する、請求項２３乃至２４のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項２６】
前記分配ポンプ機構がモーターと、前記モーターの動作が主ネジの回転を生じるように前記モーターに連結された主ネジと、前記主ネジの前記回転がプッシュバックの線形移動を生じるように前記主ネジに連結されたプッシュバックとを含み、前記プッシュバックは、前記取り付け機構内に取り付けられた際に、前記容積移送式ピペットから延びるピペットプランジャの端部と係合するように適合されることによって、前記プッシュバックの線形移動が、分配方向において既知の速度で前記ピペットプランジャを移動させ、既知の流量で前記液体を前記容積移送式ピペットから前記粘度センサ内へ分配する、請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の携帯型粘度計。
【請求項２７】
粘度の測定が所望される液体の粘度の測定値を得るための方法であって、
分配ポンプ機構と、
矩形の液体流路、及び前記流路を通じて流れる十分に発達した液体流の圧力低下を測定する、前記流路に沿って位置付けられた少なくとも２つの圧力センサを有する、粘度センサと、
粘度の測定が所望されるサンプル液を収容するように適合された容積移送式ピペットを、取り外し可能に取り付けるように適合された取り付け機構であって、前記取り付け機構は、前記分配ポンプ機構と協働する位置に、前記容積移送式ピペットを取り付けるよう適合され、これによって前記分配ポンプ機構の動作が前記容積移送式ピペットから前記サンプル液を既知の流量で分配し、並びに、前記粘度センサと協働するように適合され、これによって粘度の測定が所望される前記サンプル液が、前記容積移送式ピペットから分配した際に、前記粘度センサ内に圧入され、十分に発達した液体流が前記粘度センサの流路を通じて流れる、取り付け機構と、
前記粘度計の動作を制御し、センサデータを処理するコントローラとを備える、携帯型粘度計を入手する工程と、
粘度の測定が所望される液体を収容する容積移送式ピペットを入手する工程と、
粘度の測定が所望される前記液体を収容する前記容積移送式ピペットを前記取り付け機構内に配置する工程と、
前記携帯型粘度計を操作して、前記容積移送式ピペット内に収容された粘度の測定が所望される前記液体の粘度の測定値を、既知の流量で前記携帯型粘度計を通じて前記液体が流れる間、得る工程とを含む、方法。
【請求項２８】
粘度の測定が所望される液体の粘度の測定値を得るための方法であって、
請求項２０乃至２６の何れか１項に記載の携帯型粘度計を入手する工程と、
粘度の測定が所望される液体を収容する容積移送式ピペットを入手する工程と、
粘度の測定が所望される前記液体を収容する前記容積移送式ピペットを前記取り付け機構内に配置する工程と、
前記携帯型粘度計を操作して、前記容積移送式ピペット内に収容された粘度の測定が所望される前記液体の粘度の測定値を、既知の流量で前記携帯型粘度計を通じて前記液体が流れる間、得る工程とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通過液型粘度センサを使用する、液体の粘度を測定する粘度計の分野におけるものである。
【背景技術】
【０００２】
粘度は、液体の流れに対する抵抗の測定値であり、その値は、Ｒ．Ｂ．Ｂｉｒｄ、Ｒ．Ｃ．Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ及びＯ．Ｈａｓｓａｇｅｒによる「Ｄｙｎａｍｉｃｙｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄｓ」（Ｖｏｌ．１，１９８７）に記載されるように、非ニュートン流体の変形速度による。変形速度は、（時間）−１の単位における剪断速度によって与えられる。既知の剪断速度において測定される粘度が「真」粘度である。真粘度の剪断速度に対する依存は、材料を特徴付ける粘度曲線として示され、効率的な処理のために考慮されるべき重要な要因である。しかしながら、多くの場合において、粘度は不明瞭な試験条件において測定され、そのため剪断速度を把握又は計算することができない。不明瞭な条件下において、測定される粘度値は、「見掛け」にすぎない。真粘度は、既知の剪断速度において測定されるため、真粘度は普遍的であるが、見掛けの粘度は普遍的でない。すなわち、見掛けの粘度は測定システムに依存する。例えば、一般的な方法として、スピンドルを一定の速度で回転させながら、試験液のたまりに浸漬されたスピンドルのトルクを測定する。この場合、試験条件が不明瞭であり、剪断速度が既知でないため、トルク値は見掛けの粘度を生じるにすぎない。せいぜい、見掛けの粘度は、スピンドルの回転速度の関数として測定され得る。スピンドルの回転速度は、試験液の「構成式」が既知である場合にのみ、剪断速度と実際に相関し得る。しかしながら、「構成式」は、ほとんど全ての非ニュートン流体において未知である。したがって、殆どの非ニュートン流体において、不明瞭な試験条件で真粘度は測定できない。
【０００３】
見掛けの粘度のみを呈する粘度測定の方法が開発され、製造及び材料特性評価の品質管理に使用されてきた。様々なオンライン型粘度計が、リアルタイム粘度測定のために設計されている。米国特許第５，３１７，９０８号（Ｆｉｔｚｇｅｒａｌｄら）、及び同第４，８７８，３７８号（Ｈａｒａｄａ）は、プロセス制御のために見掛け粘度を測定するシステムと関連している。米国特許第６，３９３，８９８号（Ｈａｊｄｕｋら）は、多くの試験液を同時に測定するシステムを記載する。これらの粘度計は見掛けの粘度を測定する。しかしながら、見掛けの粘度の測定は普遍的でないため、特定の方法により測定される特定のサンプルの見掛けの粘度と、真粘度との相関は、所望により別個に見出されなくてはならない。材料の配合の基本的な開発は、真粘度の測定を必要とする。また、プロセス装置及び付属品（例えば、ダイ、型、押出スクリューなど）の設計は、材料の真粘度を必要とする。しかしながら、見掛けの粘度の測定は、測定がより容易かつ迅速であり、多くの場合においてより経済的であるため、急速試験用に指標として使用されてきた。真粘度は、得ることがより難しく、わずかな種類の器具（レオメーター及び細管粘度計）によってのみ測定することができる。レオメーターは、試験サンプルにおいて、正確かつ既知の剪断速度を適用し、それによって真粘度を測定する。レオメーターは多用途であり、通常、他の特性も測定するように装備されている。したがって、これらは通常、高価である。更に、レオメーターで粘度を測定するためには、通常大量のサンプルが必要とされる。また、レオメーターは、オンラインの用途に対して好適ではない。円形細管粘度計は、適切な補正が考慮されるかどうかによって、見掛け粘度及び真粘度を測定することができる。細管粘度計は粘度のために、細管に沿った圧力低下の測定を必要とする。細管は断面が円形であるため、入口及び出口でのみ、圧力を測定することができる。この制限のために細管粘度計は、長さと直径の比率の異なる２つの別個の細管を使用することによって、入口効果を補正しないかぎり、見掛け粘度しか測定することができない。しかしながら、２つの細管の使用により、細管粘度計は嵩高になり、及び／又は時間のかかるものになる。細管粘度計は、米国特許第６，５７５，０１９号（Ｌａｒｓｏｎ）、同第４，９２０，７８７号（Ｄｕａｌら）、同第４，９１６，６７８号（Ｊｏｈｎｓｏｎら）、及び同第４，７９３，１７４号（Ｙａｕ）に記載される。マイクロ流体粘度計は、米国特許第６，６８１，６１６号（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｓｐａｉｄら）、及び米国特許出願公開第２００３／０１８２９９１号  （Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｓｐａｉｄら）に開示される。流体流路におけるマーカーの滞留時間は粘度を測定するために使用されるが、これは試験液がニュートン性でない限り真粘度ではない。非ニュートン流体に関し、見掛け粘度のみが測定される。米国特許第５，５０３，００３号（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）に開示される携帯型粘度計は、粘度測定のために、液体のたまりの中で回転するスピンドルの既知のトルク測定を利用する。示されるように、かつ既知のように、この方法は見掛けの粘度のみを測定する。
【０００４】
つまり、殆どの粘度測定技術は、見掛けの粘度をもたらし、比較的大量のサンプルを必要とする。また、これらの器具では、次のサンプルの測定の前に液体と接触する部分（容器、スピンドルなど）を洗浄する必要がある。このような洗浄には時間がかかり、粘度の測定は典型的に、設定から試験まで約３０分かかる。現在の技術において必要なより大きなサンプルはまた、洗浄時間及び廃棄物を増やす。したがって、少量で、かつ迅速な方法で、サンプルの真粘度を測定する純正の携帯型粘度計は存在しない。同じ発明者による米国特許第７，２９０，４４１号に開示されるスリット粘度計は、少量のサンプルの真粘度の測定を可能にする。しかしながらこれは、精度の高い液体分配システムで、粘度計を通じて液体流を提供及び制御する電子機器と連動したシステムを必要とする。携帯型であり、様々なサンプルで使用することができる単純な精密液体分配システムは従来技術において開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，３１７，９０８号
【特許文献２】米国特許第４，８７８，３７８号
【特許文献３】米国特許第６，３９３，８９８号
【特許文献４】米国特許第６，５７５，０１９号
【特許文献５】米国特許第４，９２０，７８７号
【特許文献６】米国特許第４，９１６，６７８号
【特許文献７】米国特許第４，７９３，１７４号
【特許文献８】米国特許第６，６８１，６１６号
【特許文献９】米国特許出願公開第２００３／０１８２９９１号
【特許文献１０】米国特許第５，５０３，００３号
【発明の概要】
【０００６】
本発明により、携帯型粘度測定器具、すなわち粘度計は、小型粘度測定センサと、この小型粘度測定センサを通じて液体サンプルを圧入するための携帯型精密液体分配システムと、粘度計の動作を制御するためのコントローラと、液体の測定された粘度を表示するためのディスプレイとを含む。センサの設計は、同じ発明者による米国特許第６，８９２，５８３号及び同第７，２９０，４４１号に記載され、これらの内容をここに本明細書の一部を構成するものとして援用する。本発明の携帯型システムは、液体の真粘度を測定し、測定には少量の液体サンプルのみを必要とする。本発明はまた、試験される液体サンプルを入手し、液体サンプルを試験のために粘度計に挿入するための迅速かつ容易な方法を提供する。
【０００７】
本発明の携帯型精密液体分配システムは、容積移送式ポンプを含み、これは、容積移送式ピペットと称される容積移送式サンプル容器と連動して動作し、この容器内に粘度が測定される液体のサンプルが供給される。ピペットは、粘度計から取り外し可能であり、交換可能であり、それによって試験される液体のサンプルは、粘度計から取り外され、分離される際にピペット内に引かれ、内部に液体のサンプルを有するピペットはその後、ピペット内の液体のサンプルの粘度を測定するために粘度計内に挿入される。ピペットは、粘度計内にある際に、ピペット内にサンプルを引くために（これは手で行うことができる）、かつサンプルをピペットから押し出すために、ピペット内で摺動するプランジャを含む。容積移送式ポンプの一実施形態において、精密モーターは、主ネジを駆動し、これはプッシュバックを、粘度計内に位置付けられた際にピペットプランジャと接触させて動かす。プッシュバックがピペット内でプランジャを動かすと、液体は、ピペットから小型粘度測定センサの流路へと分配される。制御電子機器は精密モーターの動作を制御し、試験される液体を既知の流量でピペットから、小型粘度測定センサの流路に分配する。
【０００８】
小型通過液型粘度測定センサは、流路において十分に発達した液体流の圧力低下を測定する、圧力センサアレイと組み合わせたミクロン規模の流路を含む。圧力低下は、流路を通じて流れる液体の剪断応力に比例する。剪断速度は流量に比例する。サンプル液体の粘度は、剪断応力を剪断速度で除することによって計算される。得られる粘度の測定値は、ディスプレイに表示され得る。マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサベースの電子機器は、ポンプのモーターを制御する粘度計のコントローラ電子機器を形成し、圧力センサからのデータを処理することができる。処理されたデータは表示することができ、かつ保存され、及び／又は遠隔装置に送信されてもよい。
【０００９】
サンプルの温度制御が所望される場合、粘度計、粘度センサ及び／又はピペット内のサンプルは、ペルチェベースの温度制御装置、又は他の一般的な許容される温度制御手段で、設定温度に調整されてもよい。
【００１０】
粘度計は、様々な用途のために測定された粘度値の履歴を保存してもよく、及び／又は様々な液体（例えば頻繁な測定を所望される液体など）の既知の粘度値のデータベースを保存することができる。これは、既知の液体の既知の粘度と、既知の液体と考えられるサンプルの測定された粘度との迅速な比較を可能にする。既知の値と測定される値との間の不一致は、試験液がそうであると思われた液体ではない可能性があることを示すか、又は粘度計に問題があり粘度計が点検され得ることを示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の追加的な特徴及び利益は、以下の発明を実施するための形態から、添付の図面と共に参照されて明らかになり、これらは共に、例示により本発明の特徴を例示する：
【図１】本発明の携帯型粘度計の概略図。
【図２】本発明の通過液型粘度センサの概略断面図。
【図３】ピペット内の中間位置にあるピペットプランジャを示す、本発明のシステムにおいて使用可能なピペットの断面図。
【図４】液体のサンプルがピペット内に引かれる前、又は液体のサンプルがピペットから分配された後に、適所にあるピペットプランジャを示す、図３のピペットの同様の断面図。
【図５】追加的な温度調整装置を含む、図１に示される本発明の携帯型粘度計の概略図。
【００１２】
ここで例示される代表的な実施形態を参照し、これを説明するために、本明細書において特定の用語が使用される。本発明の範囲の制限がそれによって意図されないことが理解される。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は携帯型であり、使用が容易で、より正確な改善された粘度計、及び従来技術の粘度計よりも迅速な、液体のサンプルの粘度測定方法を提供する。図１を参照し、粘度計２２は、参照番号２０によって一般的に示される精密ポンプ、粘度測定が所望される液体のサンプルを供給するための液体容器１４、通過液型粘度センサ１５、コントローラ１８、及びディスプレイ１９を含む。
【００１４】
ポンプ２０は、ピペットバレル又は本体１３と、プランジャ端部２４がバレル１３の端部から延びるピペットバレル１３内に摺動可能に位置付けられたプランジャ１２とを有する、図示され、ピペット１４と称されるサンプル容器と連動して機能する。ピペット１４は、ピペットが取り外され、試験される液体のサンプルで充填され、粘度計の取り付け機構内に再配置されることができ、又は取り外されて、試験される液体のサンプルを含む同様のピペットと交換されることができるように、取り付け機構２８によって粘度計内に取り外し可能に位置付けられ、かつ保持されてもよい。ピペットは使い捨てにしてもよく、各液体のサンプルに対して新しく清浄なピペットが使用される。ポンプは、精密モーター２３と、駆動機構２６（例えば、歯車駆動装置又はベルト駆動装置）を通じてモーター２３によって回転可能である主ネジ１０と、ピペット１４が粘度計内に位置付けられる際にピペットプランジャ端部２４の端部２５と接触する主ネジ１０上に取り付けられたプッシュバック１１とを含む。プッシュバック１１は、モーター２３によって主ネジ１０の回転に反応し、主ネジ１０に沿って横方向に移動する。
【００１５】
本発明で使用可能なピペット構成の例が、図３及び図４に図示される。ピペットプランジャ４１は、ピペットバレル４０内に密閉して、摺動自在に受容されたプランジャヘッド４２を有し、端部４５はピペットバレル４０の端部から延びる。ピペットバレル及びピペットプランジャの両方が、射出成形によってプラスチックから作製することができる。プランジャは、バレル４０の内側で前後に摺動することができる。サンプル液体でピペットを充填する際に、空気の取り込みを最小化するため、（図４に図示されるように）プランジャヘッド４２の端部は、液体流バレル端部４３に密接にフィットし、両者の間の空隙４４を最小化する。図４に示される状態のピペットにおいて、ピペットの液体流端部４３は、粘度が測定される液体内に挿入される。ユーザーは、ピペットバレル４０から延びるプランジャ４１の端部４５を把持してプランジャをピペットバレルの端部４３から後ろに引いて、バレル端部４３の開口部を通じてサンプルをピペット内に引くことができる。図３は、ピペット内に引かれた液体のサンプルを収容するピペットバレル内の空間４６を生成するために、バレル端部から後ろに引かれたプランジャ４１を示す。ピペットプランジャ４１をピペットバレル４０内で後ろに引き続けると、サンプルは、増加する空間４６内に引かれ続ける。所望の量のサンプルがピペットバレル内に引かれると、ユーザーは、プランジャ４１を引くのをやめる。プランジャ４１がバレル４０の液体流端部４３に向かって押されると、空間４６内の流体は、バレル端部４３の開口部を通じてバレル４０から排出される。
【００１６】
通過液型粘度センサ１５は、液体入口コネクタ１６及び液体出口コネクタ２１を含む。図１に図示されるように、ピペットバレル１３の端部から排出された液体は、液体入口コネクタ１６を通じて、粘度センサ１５へと連結される。液体排出管１７は、液体出口コネクタ２１を通じて、粘度センサ１５の液体を出口から離れるように案内する。
【００１７】
図２を参照し、通過液型粘度センサ１５は、液体流路３１を含み、流路入口３５及び流路出口３６が流路基材３９内に形成される。流路３１は、一面が開いた三面の流路３１をもたらす流路基材３９を備える矩形断面を有する。圧力センサ膜３７及び圧力センサ基材３０によって形成されるモノリシックセンサプレート３８は、流路基材３９と組み合わされて、流路３１の開放面を閉じる。モノリシックセンサプレート３８は、複数の別個の圧力センサを提供し、流路基材３９に対して位置付けられ、流路入口３５及び流路出口３６から十分に離れるように離間されて、流路３１に沿って少なくとも２つの別個の圧力センサを位置付け、それによって流路３１を通じて十分に発達した液体流の圧力低下が圧力センサによって測定することができる。図２に図示される実施形態において、３つの別個の圧力センサが、流路３１に沿って、モノリシックセンサプレート３８によって提供される。別個の圧力センサはそれぞれ、圧力センサ膜３７内の空洞３３によって形成される。対応空洞３３の上に延びる圧力センサ膜３７の部分３４は、対応空洞３３上に延びる圧力センサ膜のこのような部分３４に圧力が適用される際に、対応空洞３３内へと屈曲する。対応空洞内への屈曲の度合いは、流路３１内を流れる液体によって、対応空洞上の圧力センサ膜に適用される圧力に比例する。
【００１８】
空洞上の膜に適用される圧力の測定値を提供する、対応空洞内への膜の変位を検出するために、各空洞内に検出器が設けられる。１つのキャパシタ電極が空洞上の圧力センサ膜上に位置し、他のキャパシタ電極が空洞を被覆するセンサ基材３０上に位置する、電気容量検出器など、様々な検出器が使用され得る。膜の変位が、キャパシタ電極が互いに近づくように動かし、電気容量を変化させ、それが圧力の測定をもたらす。液体流路３１に沿った圧力センサ膜３７の表面は実質的に平滑な連続的な表面であり、個別の圧力センサが表面に挿入されて不規則性及び不連続性を形成することがないことに留意する。この平滑な流路表面は、正確な圧力測定を得るために重要である。圧力センサの更なる詳細な説明、及び圧力センサ構成及び通過液型粘度センサのバリエーション及び異なる実施形態は、本発明者の米国特許第６，８９２，５８３号及び同第７，２９０，４４１号に提供されており、これらは本明細書の一部を構成するものとして援用する。液体流路入口３５の周囲で流路基材３９に取り付けられた液体入口コネクタ１６は、加圧されたサンプル液体源（ここでは、ピペット１４から排出された液体）との接続を提供し、液体流路出口３６の周囲で流路基材３９に取り付けられた液体出口コネクタ２１は、サンプル液体排出管又は保持リザーバへの接続を提供する。
【００１９】
コントローラ１８は、粘度計及び周辺構成要素の動作を制御し、計算を実行し、測定された粘度及び粘度計の状態など他の情報を表示することができるディスプレイ１９を制御し、並びに他のコンピュータなど他の装置と通信し情報伝達するための、１つ以上のマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ、並びに他の電気及び電子構成要素を含む。通信はＲＳ２３２又はＵＳＢポートなどのポートを介してもよく、又はワイヤレス若しくは他の通信手段を介してもよい。コントローラ１８は一般的に、キーボード、タッチボタンパッド若しくはキーパッド、外部コンピュータ、又は他のデータ入力手段、例えばボタン、マウス、若しくディスプレイ１９のタッチスクリーンなどのインターフェース手段を含み、これによりユーザーは、制御及び他の命令、並びに情報をコントローラに入力することができる。
【００２０】
液体のサンプルの粘度を測定するため、粘度が測定される液体のサンプルが、液体サンプルを保持するピペット中に確保される。ピペット内の液体のサンプルは、粘度計のユーザーによって、液体源からピペットへと引かれてもよく、ないしは別の方法でピペット内へと粘度計のユーザーに供給されてもよい。図１に図示されるように、ピペット１４は、粘度計２２内に取り付けられ、取り付け機構２８によって粘度計内で適所に保持される。コントローラはその後、粘度測定を行うために、粘度計を制御するために起動される。コントローラは、モーター２３を動作させ、プッシュバック１１を、ピペットプランジャの端部２５に対し、適所に前進させる（図１に図示される）。あるいは、プッシュバック１１は、コントローラの起動の前にピペットが粘度計内に取り付けられる際に、ユーザーにより（例えば、手動で）位置付けられてもよい。
【００２１】
プッシュバック１１がピペットプランジャの端部２５に対して適所にある状態で、主ネジ１０を回転させ、プッシュバック１１及びピペットプランジャ１２を所望の速度で前進させて、液体を既知の所望の流量でピペットから排出するように、コントローラはモーター２３を制御する。プランジャが移動すると、液体がピペットから粘度センサ１５内に圧入され、流路３１を流れ、ここで十分に発達した液体流の圧力低下が、モノリシックな圧力センサ３８の圧力センサによって測定される。流路３１に沿った圧力センサの対応膜部分上の局所的な圧力が、センサ膜部分３４を対応空洞３３内へと屈曲させると、圧力が測定される。流路３１に沿って測定される圧力低下（流路に沿った連続的な圧力センサの間で測定される圧力の差）は、特定の流量の液体の粘度に比例する。サンプル粘度が流量と共に変化する場合、流れを止めて、又は止めずに、順次異なる流量で液体を分配するように、制御が指示されてもよい。圧力値が得られ、粘度値が流量の関数として計算されるとき、非ニュートン性粘度に関して既知の方法で関係性が補正される。測定された粘度は、ディスプレイ１９上に表示されてもよく、コントローラメモリ若しくは補助メモリに保存されてもよく、及び／又は遠隔メモリ若しくはコンピュータに送信されてもよい。
【００２２】
最初に設定された流量（又は剪断速度）において、粘度センサ１５の液体流路３１内に液体が注入されると、粘度計は、液体流路３１の内側の圧力を検出する。コントローラは、粘度測定の最高の精度、又は確実な精度のために、圧力レベルが最適であるかどうかを判定するようにプログラムすることができる。圧力レベルが低すぎる場合、コントローラは、次の流量値を決定及び設定し、流量を新しい設定値へと上げる。特定の粘度測定に関して最適な流量に到達するように、コントローラはこれを反復する。このように、既知の液体の粘度は、正確かつ自動的に測定され得る。
【００２３】
液体のサンプルのための粘度測定値が得られたとき、プッシュバック１１は、使用されたピペットが取り除かれ、試験のために内部に新しい液体のサンプルを有する新しいピペットが粘度計内に挿入されるようにするため、元の位置に戻るように操作される。試験される新しい液体のサンプルを有するピペットは、新しい使い捨てピペット、又は再度充填された使用済ピペットであってもよい。新しい粘度測定のため、コントローラは上記の粘度計を操作して、新しい液体のサンプルの粘度を測定する。この試験において、新しいサンプルからの液体は、粘度センサ１５内の古いサンプルからの液体を置換する。このようにして、粘度センサの洗浄は不要となる。試験される２つの連続的な液体が適合しないか、又は不混和性である場合、粘度センサ１５は、新しい液体を粘度センサ１５に分配する前に、試験される両方の液体と適合する洗浄液で洗浄される必要がある。この洗浄は、２つの液体の試験の間に、洗浄液を含むピペットを粘度計に搭載し、粘度計を操作して、粘度センサ１５を通じて洗浄液を圧入することによって行うことができる。
【００２４】
粘度計２２は、実際に携帯型となるように、充電式電池などの電池によって駆動されてもよく、又はそれが場所ごとに移動されたときに電源に接続することによって駆動されてもよい。
【００２５】
いくつかの例において、粘度が測定される液体の温度を制御することが望ましい場合がある。温度制御が望ましい場合、粘度計２２、粘度センサ１５、及び／又はピペット１４内のサンプルは、ペルチェベースの温度制御装置、又は他の一般的に許容可能な温度制御手段によって、設定温度にて調整されてもよい。例えば、図１と似ている図５に図示されるように、ピペットが取り付け機構２８内に取り付けられた際に、液体サンプル保持ピペット１４、及び内部に収容される液体のサンプルを加熱又は冷却するように、温度制御装置５０がピペット取り付け機構２８内に配置されるか、又はこれと接触していてもよい。温度制御装置５０がどのようにピペット取り付け機構２８に取り付けられるかにより、ピペット取り付け機構もまた、設定温度まで加熱又は冷却することができる。ピペット内のサンプルが設定温度に達するまで、一定の時間が必要とされる場合がある。同様に、温度制御装置５２は、粘度センサ１５内に配置されるか、又はこれと接触していてもよく、粘度センサ１５の流路３１を形成する材料の温度を上昇又は低下させて、設定温度に維持する。これは、流路３１を流れる材料を実質的に設定温度に維持する傾向がある。示されるように、温度制御装置は、ペルチェ装置又は他の既知の温度制御装置であってもよい。更に、粘度計の様々な位置でサンプル液体の温度を測定するために温度センサが位置付けられてもよい。例えば、先に参照した本発明者の特許に示されるように、流路３１に沿ったセンサ膜３７の１つ以上の位置で、温度センサが含まれ得る。上記のように、粘度計２２の別個の構成要素の温度を別個に制御するのではなく、粘度計２２又は温度制御されるその部分が、ハウジング内に取り付けられてよく、ここでハウジング内の温度、及び、したがってハウジング内の粘度計全体又はその部分の温度が一緒に温度制御される。
【００２６】
先に参照した本発明者の特許に示されるように、記載される通過液型粘度センサは、非常に小さく、一般的に、半導体材料、又は微細製造プロセスで使用される他の材料により構成される。例えば、圧力センサ膜は、シリコンウエハーの一部であってもよく、一方で圧力センサ基材及び流路基材は、ボロシリケートガラスウエハーの部分であってもよい。流路は典型的には、約１０マイクロメートルの幅、及び約１マイクロメートルの深さほどの小ささであり得、長さは約１００マイクロメートルほどの短さである。したがって、通過液型粘度センサは非常に小さく、小さなサンプル寸法が粘度を決定するために使用することができる。通過液型粘度センサの、この小さな寸法、及び粘度試験に必要とされるサンプルの少ない量は、ピペット及びポンプなどの他の粘度計構成要素もまた、比較的小さく作製することができ、よって粘度計はまた比較的小さい携帯型ユニットとして容易に作製することができるということを意味する。
【００２７】
携帯型粘度計を作製するのではなく、同じ粘度計が使用されて固定型粘度計を提供してもよく、固定型粘度計では、試験される液体のサンプルが異なるピペットの異なる位置から回収され、その後、粘度計に移送されて、粘度計の位置で試験され得る。
【００２８】
必要に応じて、頻繁に測定されるか又は測定され得る液体に関して、公表されている、ないしは別の方法で既知である粘度値のデータベースが、粘度計コントローラのメモリ内に保存されてもよい。このような利用可能なデータベースにより、ユーザーは選択された液体に関するデータベースから既知の粘度値を容易に表示し、これを、既知の液体とみなされるサンプル液体に関して測定された粘度値と比較することができる。公表されている値と測定値との間の不一致は、試験液がそうであると思われた液体ではない可能性があることを示すか、又は粘度計に問題があり粘度計が点検され得ることを示し得る。加えて、様々な理由により、ユーザーは、その時に試験されている液体以外の特定の液体の既知の値にときおりアクセスすることが有利であり得る。更に粘度計は、測定された粘度値の履歴を適切に識別しながら保存してもよく、またこれは、粘度計のユーザーにより様々な目的のために使用することができる。例えば、測定された粘度値のこのような履歴により、ユーザーは、製造プロセスにおいて使用される液体成分の粘度を、異なる時点において比較し、その液体成分が液体成分に必要とされる規格の範囲内にあることを確認することができるか、又はその成分の粘度値を測定して、これを製造された製品の特定の所望の属性と相関させることができる。
【００２９】
本発明のポンプの例示される実施形態は、プランジャをピペット内に移動させるために、モーター、主ネジ、及びプッシュバックを含むものとして示され、記載されているが、プランジャをピペット内に移動させるための、又はサンプル容器からのサンプル液体の正確な排出をもたらすための他の様々な手段が使用されてもよい。
【００３０】
本発明は本明細書において、実際に本発明を実施するための最良の形態として、現在想到され得るその実施形態を参照として例示及び記載されているが、本発明に開示される発明の概念から逸脱することなく、本発明を異なる実施形態に適用するために様々な変更がなされ得ることが理解される。
【図１】
0006042803.tif 000002
【図２】
0006042803.tif 000003
【図３】
0006042803.tif 000004
【図４】
0006042803.tif 000005
【図５】
0006042803.tif 000006