(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）振動のない静的状態で液滴の映像を得るステップと、
（ｉｉ）振動子を使用して前記液滴を振動させて、前記液滴が水平方向に最大に伸びられるか、または垂直方向に最大に伸びられた動的状態の映像を獲得するステップと、
（ｉｉｉ）前記（ｉ）ステップ及び（ｉｉ）ステップで得た映像から前記液滴界面の静的曲率変化率と動的曲率変化率とを得るステップと、
（ｉｖ）下記の式（３）を利用して求めた前記液滴界面の静的曲率変化率と動的曲率変化率との比を、下記の式（４）の前記振動子に対して補正された相関式に代入して、前記液滴の粘度を求めるステップとを含む、
【数１】
0006410274.tif 000014
【数２】
0006410274.tif 000015
粘度測定方法。
【請求項２】
前記液滴が振動器具に垂れ下がっているか、または振動板の上に置かれていることを特徴とする請求項１に記載の粘度測定方法。
【請求項３】
前記液滴が体液であることを特徴とする請求項１に記載の粘度測定方法。
【請求項４】
前記体液が血液であることを特徴とする請求項３に記載の粘度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
[技術分野]
本発明は、粘度測定方法に関する。さらに詳細には、本発明は、（ｉ）振動のない静的状態で液滴の映像を得るステップと、（ｉｉ）振動子を使用して前記液滴を振動させて前記液滴が水平方向に最大に伸びられるか、垂直方向に最大に伸びられた動的状態の映像を獲得するステップと、（ｉｉｉ）前記（ｉ）ステップ及び（ｉｉ）ステップにて得た映像から前記液滴界面の静的曲率変化率と動的曲率変化率とを得るステップと、（ｉｖ）前記液滴界面の静的曲率変化率と動的曲率変化率との比を前記振動子に対して補正された相関式に代入して、前記液滴の粘度を求めるステップとを含む、粘度測定方法に関する。
[背景技術]
流体の粘度（ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）とは、流れに対する流体の抵抗の尺度である。すなわち、粘度は、動く流体の内部摩擦を意味する。数学的に、粘度は、流体の流れ方向に垂直な速度勾配に対する単位面積当たりの接線方向の摩擦力の割合として表現される。
【０００２】
粘度計（ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）とは、流体の粘度を測定する機器であり、現在多く使用される粘度計は、毛細管粘度計、回転式粘度計などである。このような粘度計の測定原理及び機能を簡単に述べると、以下のとおりである。
【０００３】
回転式粘度計は、運動中である液体が円筒あるいは円板に及ぼす抵抗力を測定して、液体の粘度を測定する機器である。回転式粘度計は、中間せん断率領域の粘度を測定するのに適しているが、 ゼロせん断率粘度を測定するには適していない。
【０００４】
毛細管粘度計は、正常流動状態である液体の質量流量と圧力降下量とを測定して、ポアズイユ（ＰＯＩＳＥＵＩＬＬＥ）法則を利用して粘度を測定する機器である。しかしながら、毛細管粘度計を使用して粘度を測定する場合に、粘度が毛細管の直径の４乗に比例するから、毛細管を非常に精密に較正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）しなければならない。
【０００５】
特に、使い捨て毛細管を使用しなければならない血液の粘度を測定する場合において、使い捨て流体管を全部精密に較正することも難しく、較正後に毛細管を完壁に洗浄しなければならないという問題点が存在する。万が一、毛細管に対して較正しない場合、事実上、血液の粘度測定値の正確度を保障することができない。
【０００６】
かかる従来の技術による機械的方式の粘度測定方法は、過度な液体使用量と汚染問題によって、特に診断または検診装備に適用し難い。
映像基盤粘度測定方法の場合には、液体の使用量が少なく、費用が少なくかかり、速かに測定できるが、正確な測定がむずかしい。その理由は、液滴の固有振動数を利用して粘度を測定する場合には、前記液滴の固有振動数が粘度にほとんど影響を受けないからである。また、液滴の振幅を利用して粘度を測定する場合には、前記液滴の振幅が粘度だけでなく、液滴の体積、表面張力、密度、振動子の振幅などに敏感に影響を受けるから、このような多様な変数を正確に補正できないから、正確な粘度測定が極めて難しい。
【０００７】
本発明者は、振動状態の液滴の動的曲率変化率と静的曲率変化率との比が液体の粘度によってのみ影響を受けるという点に鑑みて、本発明を完成した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、（ｉ）振動のない静的状態で液滴の映像を得るステップと、（ｉｉ）振動子を使用して前記液滴を振動させて、前記液滴が水平方向に最大に伸びられるか、または垂直方向に最大に伸びられた動的状態の映像を獲得するステップと、（ｉｉｉ）前記（ｉ）ステップ及び（ｉｉ）ステップで得た映像から静的状態及び動的状態での前記液滴の界面の曲率変化率を得るステップと、（ｉｖ）下記の式（３）を利用して求めた前記液滴界面の静的曲率変化率と動的曲率変化率との比を、下記の式（４）の前記振動子に対して補正された相関式に代入して、前記液滴の粘度を求めるステップとを含む、
【０００９】
【数１】
0006410274.tif 000002
【００１０】
【数２】
0006410274.tif 000003
【００１１】
粘度測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の本発明の目的は、（ｉ）振動のない静的状態で液滴の映像を得るステップと、（ｉｉ）振動子を使用して前記液滴を振動させて、前記液滴が水平方向に最大に伸びられるか、または垂直方向に最大に伸びられた動的状態の映像を獲得するステップと、（ｉｉｉ）前記（ｉ）ステップ及び（ｉｉ）ステップで得た映像から静的状態及び動的状態での前記液滴の界面の曲率変化率を得るステップと、（ｉｖ）下記の式（３）を利用して求めた前記液滴界面の静的曲率変化率と動的曲率変化率との比を、下記の式（４）の前記振動子に対して補正された相関式に代入して、前記液滴の粘度を求めるステップとを含む、
【００１３】
【数３】
0006410274.tif 000004
【００１４】
【数４】
0006410274.tif 000005
【００１５】
粘度測定方法を提供することによって達成されることができる。
本発明の方法において、前記液滴は、振動器具に垂れ下がっているか、または振動板の上に置かれていることができる。前記振動器具または振動板により振動する液滴を撮影して、前記液滴が水平方向に最大に伸びられるか、または垂直方向に最大に伸びられた状態の映像を獲得する。振動のない静的状態の液滴映像は、前記動的状態の映像を獲得する前または後に得ることができる。
【００１６】
以後、静的状態の液滴映像で静的状態の液滴界面の曲率変化率を求め、動的状態の液滴映像を全部使用するか、またはその中でいずれか一つだけの映像を使用して、前記液滴の動的状態での曲率変化率を得る。
【００１７】
このように得た曲率変化率を利用して、前記振動子に対して予め求めた補正された相関式に前記液滴の静的状態及び動的状態での曲率変化率を代入して、前記液滴の粘度を求める。
【００１８】
本発明の方法は、多様な液体、特に体液に適用できる。さらに具体的に説明すると、前記体液は、血液、小便などの体液でありうる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の方法によれば、液体の粘度を非常に容易かつ正確で速かに測定できる。特に、本発明の方法は、血液の粘度測定と共に、診断及び検診分野において有用に適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一つの実施態様によって粘度を測定するための振動する液滴を示す。
【図２】液滴の体積に応じる固有振動数での液滴の振幅変化を示す。
【図３】液滴の体積に応じる固有振動数での液滴の動的曲率変化率を示す。
【図４】液滴の表面張力に応じる固有振動数での液滴の動的曲率変化率の変化を示す。
【図５】液滴の表面張力に応じる固有振動数での液滴の動的曲率変化率と静的曲率変化率との比の変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、次の図面を例に挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。しかしながら、次の図についての説明は、本発明の具体的な実施態様を特定して説明するためであり、本発明の権利範囲をこれらに記載された内容に限定するか、または制限解析しようと意図することではない。
【００２２】
本発明に係る液滴の動的曲率変化率と静的曲率変化率との比を利用した粘度測定方法は、液滴の界面形状を分析して粘度測定に必要な情報を得る。
静的状態の液滴の界面形状は、表面張力（σ）と界面の曲率（κ）によって発生する毛細管力（σκ）と、液摘と外気との密度差（Δρ）による高さ（ｚ）に比例して発生する水頭圧（Δρｇｚ）が均衡をなすように形成される。これは、下記の式（１）の静力学的零-ラプラスの方程式で表現される。
【００２３】
【数５】
0006410274.tif 000006
【００２４】
前記式（１）中、
【００２５】
【数６】
0006410274.tif 000007
【００２６】
は、高さ方向の界面の曲率変化率で、下付き文字ｓは、静的状態を意味する。静的状態の液滴を撮影して得た界面の形状から曲率変化率を計算し、これを式（１）に代入して表面張力と密度差との比を得る。界面形状から曲率変化率を得る方法には、数値解析法、摂動法、または液滴の幅と高さを利用する方法など、多様な方法がある。
【００２７】
本発明の粘度測定方法によれば、液滴を固有振動数で振動させ、振動する液滴を瞬間撮影して液滴の界面形状を分析する。液滴は、振動する器具の下に 垂れ下がった形態（ｐｅｎｄｅｎｔ  ｄｒｏｐ）であるか、または振動する底部の上に置かれた形態（ｓｅｓｓｉｌｅ  ｄｒｏｐ）でありうる。液滴は、振動しながら垂直に伸びられ（ｐｒｏｌａｔｅ）、続いて水平に伸びられる（ｏｂｌａｔｅ）過程を繰り返すようになるが、このときに変形された液滴を撮影して界面形状分析を行うと、動的状態の液滴界面の曲率変化率を求めることができる。前記動的状態の液滴曲率変化率を下記の式（２）に代入すると、表面張力と同じ単位を有する新しいパラメータ（σｄ）を求めることができる。
【００２８】
【数７】
0006410274.tif 000008
【００２９】
前記式（２）中、下付き文字ｄは、動的（ｄｙｎａｍｉｃ）状態を意味する。このように求めた新しいパラメータは、既存に存在する物理的性質を表すものではなく、本明細書では、動的曲率張力（ｄｙｎａｍｉｃ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ  ｔｅｎｓｉｏｎ）と定義する。
【００３０】
動的曲率張力は、液滴の粘度に敏感に変わることに対し、使用された液滴の体積変化には、ほとんど影響を受けない。また、使用された液滴の表面張力が変わる場合には、動的曲率張力もやはり変化するが、下記の式（３）に定義された動的曲率張力と静的状態での実際表面張力との比（σｄ／σ）は、ほとんど変わらないながら、粘度によってのみ影響を受ける。下記の式（３）のように、この値は、動的曲率変化率と静的曲率変化率との比と同じくなるので、液体の粘度、表面張力、及び重力に関係のない無次元数となる。
【００３１】
【数８】
0006410274.tif 000009
【００３２】
よって、本発明の粘度測定方法を利用すると、測定時に使用する振動子の振幅に対して予め補正により粘度に応じる曲率変化率の比、
【００３３】
【数９】
0006410274.tif 000010
【００３４】
を測定した後、下記の式（４）の予め補正された相関式として貯蔵しておく。
【００３５】
【数１０】
0006410274.tif 000011
【００３６】
そして、新しい流体の粘度を測定する時には、静的状態で液滴の界面形状を分析して
【００３７】
【数１１】
0006410274.tif 000012
【００３８】
を得、振動状態で液滴の界面形状分析から
【００３９】
【数１２】
0006410274.tif 000013
【００４０】
を得て、振動子に対して予め補正された相関式、すなわち式（４）にて使用された液滴の体積変化と表面張力変化に関わらず、正確な粘度を測定できる。
本発明の方法において、曲率変化率の比と粘度の関係が使用された液滴の体積変化と表面張力の変化に関係がないかを検証するために、各パラメータに対してパーマメータ研究（ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｓｔｕｄｙ）を行った。
【００４１】
ところが、実験により液滴の振動に影響を及ぼす要素の粘度、表面張力、体積などをそれぞれ独立的に変化させることが事実上不可能であるから、数値解析を利用して液滴の振動をシミュレーションし、各々の要素を独立的に変化させてその影響を検討した。
【００４２】
まず、体積の影響を検討するために、表面張力が０．０６Ｎ／ｍである流体を９μＬ、１０μＬ、１１μＬに体積を変化させながら振動結果を比較してみた。
図１に示すように、液滴の振幅を検討すると、粘度に応じて液滴の振幅が変わるが、使用された液滴の体積にも敏感に変わるのを確認することができる。これに対して、図２に示すように、動的曲率張力は、粘度には敏感に変わるが、使用された液滴の体積には、ほとんど影響を受けない。
【００４３】
次に、表面張力の影響を検討するために、１０μＬの液滴を０．０５４Ｎ／ｍ、０．０６Ｎ／ｍ、０．０６６Ｎ／ｍに表面張力を変化させながら振動結果を比較してみた。
図３に示すように、動的曲率張力は、表面張力に応じて敏感に変わる。これに対し、図４に示すように、動的曲率張力と表面張力との比は、粘度には敏感に変わるが、表面張力にはほとんど影響を受けない。
【図１】
0006410274.tif 000016
【図２】
0006410274.tif 000017
【図３】
0006410274.tif 000018
【図４】
0006410274.tif 000019
【図５】
0006410274.tif 000020