(57)【要約】【課題】可及的に少ない量の試料で曳糸性の測定ができまた、ディジタルな計測が可能で自動測定ができ測定結果の測定者による個人差を排除できるとともに試料が導電性であると否とに拘わらず測定が可能な液状物の曳糸性測定装置を提供すること。【解決手段】被検液状物を収容する試料受皿と、受皿内の被検液状物にその下端部が接触しその上昇によって被検液状物の曳糸長さを検出すべく機能する糸曳き棒と、該糸曳き棒を所定の速度で昇降せしめる糸曳き棒昇降手段と、被検液状物の測定開始時点及び曳糸状被検液状物の切断時点の高さ方向における位置を確認する光学的検出手段とを有してなる液状物の曳糸性測定装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検液状物を収容する試料受皿と、該試料受皿内の被検液状物にその下端部が接触しその上昇によって被検液状物の曳糸長さを検出すべく機能する糸曳き棒と、該糸曳き棒を所定の速度で昇降せしめる糸曳き棒昇降手段と、被検液状物の曳糸長さ測定開始時点および曳糸状被検液状物の切断時点の位置を確認する光学的検出手段とを有することを特徴とする液状物の曳糸性測定装置。
【請求項２】
被検液状物の曳糸長さ測定開始時点および曳糸状被検液状物の切断時点の位置を確認する光学的検出手段が、糸曳き棒の昇降方向と交叉する方向に光を発する投光器と該投光器からの光を受光する受光器とを有する少なくとも一の光センサーである請求項１に記載の液状物の曳糸性測定装置。
【請求項３】
試料受皿及び光センサーの何れか一方または双方に、糸曳き棒の昇降方向における位置調整手段が付設されたものである請求項１又は請求項２に記載の液状物の曳糸性測定装置。
【請求項４】
被検液状物の曳糸長さ測定開始時点および曳糸状被検液状物の切断時点の位置を確認する光学的検出手段が、エリアセンサー又は画像処理装置である請求項１に記載の液状物の曳糸性測定装置。
【請求項５】
被検液状物を収容する試料受皿と、該試料受皿内の被検液状物にその下端部が接触しその上昇によって被検液状物の曳糸長さを検出すべく機能する糸曳き棒と、該糸曳き棒を所定の速度で昇降せしめる糸曳き棒昇降手段と、該糸曳き棒の下端部が被検液状物に接触したときおよび曳糸状被検液状物の切断時点に糸曳き棒又は試料受皿に負荷される力の変化を検出する荷重測定器を糸曳き棒又は試料受皿に設けたことを特徴とする曳糸性測定装置。
【請求項６】
糸曳き棒の下端部形状が、フラット状、凸球面状、凸円錐状、角錐状、球面状先端部を有する凸角錐状、凹球面状、凹円錐状、および凹角錐状の何れかである請求項１乃至請求項５に記載の曳糸性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療分野における唾液、血液、リンパ液、関節液、尿といった各種体液、産業分野におけるインク、塗料、オイル、グリース等、食品分野における醤油、ソース、マヨネーズ、ケチャップ、ドレッシング、乳製品、練り物、スープ等種々のゲル、コロイド、スラリーを含む液状物（以下、液状物と称する。）の粘性のパラメータとしての曳糸性を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば医療分野において、人の唾液の粘性と精神的、肉体的疲労度が相関関係にあり、疲労度が増すにつれて唾液の粘性が高くなることが知られている処から、唾液の粘性をはじめとする唾液の物性を検査することの必要性が認識されてきている。その際、口腔乾燥を来している患者に対して多量の唾液の採取は困難であった。
【０００３】
唾液の粘性測定手段として、たとえばコーンプレート式回転粘度計によって、２５℃の唾液を試料として、一定時間回転後のずり応力値（粘度：ｍＰａ・ｓ単位）を測定値とする方法がある。しかしながら、試料の温度管理や測定機器の価格の問題で、一般には普及していない。一方、斜面板を用いる粘性計測方法もある。この方法は、一定量の唾液を斜面板の上に垂らし、斜面板の角度を徐々に大きくして唾液が流れ始めるときの角度を測定するか或いは斜面板の角度を一定に保って唾液を斜面板の上に垂らしてその流動長さを測定するものであるが、斜面板の表面性状や角度の評価や唾液を多量に必要とする問題があり、一般化されていない。唾液の物性測定に限らず、医療分野、産業分野、食品分野等で取り扱われる各種液状物の粘性を、簡便かつ精確に測定する手段が強く望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
液状物の粘性を測定する手段として液状物の曳糸性を利用し、液状物の糸曳き長さを測定して、この測定値を粘性のパラメータとして用いる方法がある。この方法は、目視で液状物の先端に棒の先端を接触させ、この棒を上方向に引き上げてそのときの液状物の糸曳き長さを測定するものである。しかしながら、被検体である液状物に棒が接触したか否かは、人間の目視による判断に頼っていた。また、液状物の糸曳きが切れた瞬間の判定も人間によっていたため、測定値にかなりに個人差および誤差を生じる問題があった。そこで、発明者らは、特願２００１−１１９４７４にて、液状物の導電性を利用し、液状物の糸曳きが切れた瞬間の、試料受皿と糸曳き棒間に印加した電圧の変化を検出しこの検出信号によって液状物の曳糸長さを測定する装置及び方法を提案した。しかし、導電性を有しない液状物を測定対象とできない問題があった。
【０００５】
本発明は、▲１▼可及的に少ない量の試料で液状物の曳糸性を測定することができる。▲２▼ディジタルな計測ができる。▲３▼自動計測ができ、測定結果の個人差を排除できる。▲４▼試料である液状物が導電性を有すると否とに拘わらず液状物の曳糸性を測定することができる。    液状物の曳糸性測定手段を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、被検液状物を収容する試料受皿と、該試料受皿内の被検液状物にその下端部が接触しその上昇によって被検液状物の曳糸長さを検出すべく機能する糸曳き棒と、該糸曳き棒を所定の速度で昇降せしめる糸曳き棒昇降手段と、被検液状物の曳糸長さ測定開始時点および曳糸状被検液状物の切断時点の位置を確認する光学的検出手段とを有することを特徴とする液状物の曳糸性測定装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、被検液状物の曳糸長さ測定開始時点および曳糸状被検液状物の切断時点の位置を確認する光学的検出手段が、糸曳き棒の昇降方向と交叉する方向に光を発する投光器と該投光器からの光を受光する受光器とを有する少なくとも一の光センサーである請求項１に記載の液状物の曳糸性測定装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、試料受皿及び光センサーの何れか一方または双方に、糸曳き棒の昇降方向における位置調整手段が付設されたものである請求項１又は請求項２に記載の液状物の曳糸性測定装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、被検液状物の曳糸長さ測定開始時点および曳糸状被検液状物の切断時点の位置を確認する光学的検出手段が、エリアセンサー又は画像処理装置である請求項１に記載の液状物の曳糸性測定装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、被検液状物を収容する試料受皿と、該試料受皿内の被検液状物にその下端部が接触しその上昇によって被検液状物の曳糸長さを検出すべく機能する糸曳き棒と、該糸曳き棒を所定の速度で昇降せしめる糸曳き棒昇降手段と、該糸曳き棒の下端部が被検液状物に接触したときおよび曳糸状被検液状物の切断時点に糸曳き棒又は試料受皿に負荷される力の変化を検出する荷重測定器を糸曳き棒又は試料受皿に設けたことを特徴とする曳糸性測定装置である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、糸曳き棒の下端部形状が、フラット状、凸球面状、凸円錐状、角錐状、球面状先端部を有する凸角錐状、凹球面状、凹円錐状、および凹角錐状の何れかである請求項１乃至請求項５に記載の曳糸性測定装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその好ましい実施形態に則して説明する。
【００１３】
実施形態１
図１に、本発明の一実施例に係る液状物の曳糸性測定装置を示す。図２乃至図６に、本発明の一実施形態における液状物の曳糸性測定プロセスを示す。
【００１４】
図１において、１はモーターであって、歯車列２を介して昇降用ねじ棒３を正逆回転させる。４は昇降テーブルであり、内設されている雌ねじが昇降用ねじ棒３と螺合して昇降用ねじ棒３の正逆回転によって昇降する。この実施例においては、昇降テーブル４は５ｍｍ／ｓ〜２０ｍｍ／ｓの速度範囲内で昇降する。５は保持器であって、昇降テーブル４に固定されるとともに、糸曳き棒６を着脱自在に嵌装している。これらモーター１、歯車列２、昇降用ねじ棒３、昇降テーブル４、保持器５、およびモーター１の回転速度制御系によって、糸曳き棒６の昇降手段が構成される。
【００１５】
糸曳き棒６は、その下端部が試料（被検液状物）８に接し、上昇して試料が糸曳き状態となり切断するまでの曳糸長さを検出すべく機能する。糸曳き棒６の下端部は、発明者の知見によれば、試料（被検液状物）の曳糸長さ測定に先立って、試料によって湿潤状態にしておくことが好ましくまた、下端部を湿潤状態にした試料の表面張力による盛り上がり頂点が糸曳き棒６下端部横断面中心に存在することが、高精度の曳糸性測定にとって好ましい。而して、糸曳き棒６の下端部形状を、フラット状、凸球面状、凸円錐状、角錐状、球面状先端部を有する凸角錐状、凹球面状、凹円錐状、および凹角錐状の何れかの形状とすることが好ましい。
【００１６】
７は試料受皿であって、浅い円筒状或いは逆円錐台状凹部が形成され、この凹部に試料（被検液状物）８が、所定量装入される。試料受皿７は、たとえばステンレス鋼製である。試料受皿７の縦断面形状を浅い円筒状或いは逆円錐台状凹部とすることによって、試料８の試料受皿７の平面上における位置の偏りを防止し得て試料（被検液状物）８の表面張力による盛り上がりの頂点が平面中心に位置し、高精度の測定を可能にするとともに、試料（被検液状物）８収容量の目視判断を容易にすることができる。
【００１７】
９は投光器、１０は受光器であり、この一対と信号処理システムで透過型光センサーを構成する。この実施形態にあっては、図２に示すように、試料（被検液状物）８の直上を光軸ｏａ（optical axis）が水平に通る如く一対の投光器９と受光器１０が配設される。この実施例においては、０．０１ｍｍ（１０μｍ）の物体を検出し得る感知能力をもつ透過型光センサーを用いている。
【００１８】
１１は投受光器取付台であって、投光器９および受光器１０を支承している。この実施形態にあっては、投受光器取付台１１は光軸位置微調整ねじ１２に螺合され、光軸位置微調整ねじ１２の回転によって高精度下に透過型光センサーが昇降せしめられ、光軸ｏａの高さ方向における位置が調整される。光軸ｏａの高さ方向における位置調整は、光センサーユニットを支承している投受光器取付台１１および試料受皿７の何れか一方または双方を昇降せしめる手段によって行うことができる。
【００１９】
１３はモーター駆動回路であり、操作回路１４からの出力信号を入力されてモーター１に、保持器５が固定されている昇降テーブル４を上昇方向或いは下降方向へ駆動すべく電力を投入する。モーター駆動回路１３はまた、曳糸長さ測定回路１５からの信号によって操作回路１４を介して作動し、モーター１への電力を遮断する。さらに、モーター駆動回路１３は上限リミッタ１８および下限リミッタ１９からの信号によって作動し、モーター１への電力を遮断する。操作回路１４には、保持器５が固定されている昇降テーブル４を上昇方向或いは下降方向へ駆動する駆動スイッチが設けられている。
【００２０】
１６は演算回路であり、この実施形態においては、モーター１の回転速度を制御する帰還（フィードバック）制御系を構成するとともに、曳糸長さ測定回路１５からの信号に基づいて、糸曳き棒６が上昇を開始して曳糸状態にある試料（被検液状物）８が切断するまでの糸曳き棒６の上昇変位量を演算算出し、ディジタル表示器１７に表示すべく機能する。
【００２１】
発明者らの知見によれば、試料（被検液状物）８の曳糸性測定においては、糸曳き棒６の上昇速度が測定精度に大きく影響する。そこで本発明においては、上記のように、モーター１の回転速度を制御する帰還制御系を、液状物の曳糸性測定測定装置に組み込んでいる。この帰還制御系は、この実施形態においては、次のように構成されている。即ち、外周面の周方向に所定間隔で黒白のコントラストが形成された反射円盤２０に回帰反射型フォトインタラプタから赤外線を投射し、反射円盤２０の白色部分からの反射赤外線をフィードバックパルスとして捉え、この時間当たりパルス数を演算回路１６に入力し、所与の昇降速度を保持器５に与えるモーター１の回転速度目標値と比較して偏差があればそれを消去すべく、モーター１への投入パルスにおけるＯＮ−ＯＦＦの幅比率を変化させる操作量、即ちＰＷＭ（puls width modulation）パルス２３をモーター駆動回路１３を介してモーター１に入力する。即ち、パルス幅変調方式の速度制御を行っている。
【００２２】
次に、実施形態１における液状物の曳糸性測定装置の動作を説明する。本発明においては、試料（被検液状物）８の曳糸性測定に先立って、個々の曳糸性測定装置について先に説明した帰還制御系によるモーター１の回転速度制御を行って、保持器５を所与の昇降速度で変位せしめるようにキャリブレーションしている。これは、電圧の変動、モーターの個体差、回転部分の摺動抵抗等に起因して、保持器５の昇降速度が所与の値に安定するまでに時間がかかるほか個体差によって目標速度に収束するまでの時間がばらつく問題を解決するためである。
【００２３】
即ち、予め試料受皿７内に試料（被検液状物）８を装入しておき、糸曳き棒６の下端部が試料８に接するまで一定変位量保持器５を降下させ、次いで、一定変位量上昇させる。この過程で、前記帰還制御を実施して保持器５の昇降速度を所与の目標値に収束させておく。個々の曳糸性測定装置についてキャリブレーションを行った後に、試料（被検液状物）８の曳糸性測定を実施する。
【００２４】
このキャリブレーションの過程で糸曳き棒６の下端部が湿潤状態となるので、実際の曳糸性測定に際して、糸曳き棒６の下端部が試料受皿７内の試料（被検液状物）８に接触したときに融合状態となり、糸曳き棒６下端部の表面性状に起因する測定値のばらつきをなくすことができる。
【００２５】
キャリブレーションが終了した液状物の曳糸性測定装置を用いて、試料受皿７内に試料（被検液状物）８を装入する。次いで、図２に示すように、試料受皿７或いは透過型光センサーを昇降させて光軸ｏａ透過の存否によって、試料受皿７内で表面張力によって盛り上がり状態となっている試料８の頭頂部の高さ方向における位置を検出し、その位置よりも１０μｍ程度高い位置を水平に光軸ｏａが通るように、光軸位置調整ねじ１２によって光センサーをセットする。
【００２６】
この状態で、図３に示すように、糸曳き棒６降下させて行きその下端部が光軸ｏａを遮断したとき（遮光検知）に、糸曳き棒６の下降停止信号が出力され、曳糸長さ測定回路１５、操作回路１４、およびモーター駆動回路１３を経てモーター１が停止せしめられる。糸曳き棒６は、光センサーによる遮光検知後も試料８に接触するまで下降する。この状態から糸曳き棒６が上昇する方向にモーター１が回転駆動され、図４に示すように、所与の上昇速度で糸曳き棒６が上昇せしめられ、試料（被検液状物）８は曳糸状態となる。図４に示すように、曳糸状態にある試料（被検液状物）８によって、光軸ｏａは遮断された状態となっている。
【００２７】
伸びた試料８は、図５に示すように、粘性に対応する曳糸長さとなったときに切断される。切断後、試料８は、図６に示すように、瞬時に試料受皿７に戻り再び光軸ｏａが透過する状態となる。光軸ｏａの遮断から再び受光器１０が光の検出信号を出力した瞬間までの糸曳き棒６の上昇変位量が、その試料８の曳糸長さ（粘性のパラメーター）となる。
【００２８】
この実施形態においては、試料（被検液状物）８の粘性に対応して、曳糸状態が切断された瞬間から、試料８が、図６に示すような復元状態となるまでの時間に差違があることを考慮し、予め実験により、各種試料の粘性に対応する、曳糸状態が切断された瞬間から復元状態となるまでの時間データを採取しておき、差違を試料８の液質、粘性毎にソフトウェアによって補正するようにしている。
【００２９】
而して、光センサーの遮光検出信号および再び受光器１０が光軸ｏａを検出した信号が曳糸長さ測定回路１５を経て、それに対応するモーター１駆動のＯＮ−ＯＦＦ信号としてモーター駆動回路１３を介して演算回路１６に入力され、光センサーが遮光を検知したときから受光器１０が再び光軸ｏａを検知したときまでのモーター１の回転数（パルス数）をカウントするとともに、これを糸曳き棒６の上昇変位量に変換（演算算出）して、ディジタル表示器１７に出力する。
【００３０】
実施形態２
曳糸性測定対象液状物（試料８）がゲル状の粘稠性に富むものである場合、曳糸状態にある試料８の切断から、図６に示すような測定開始前の状態に復元し難いか或いはばらつきが大きい。このような場合は、曳糸状態にある試料８の切断の瞬間そのものの位置を直接的に検出する必要がある。
【００３１】
そこで、この実施形態においては、図１および図７に示すように、試料８の延伸（高さ）方向において複数箇の光センサーを配設し、曳糸状態にある試料８の切断位置（高さ）を直接的に検出できるようにしている。曳糸性測定の初期状態（試料受皿７内の試料８の頭頂部の位置の確認後その１０μｍ程度上部を光軸ｏａが通るように光センサー（基点光センサー）がセットされた状態）における基点光センサーの遮光検知から糸曳き棒６上昇後、配設された複数箇の光センサーのうちの光軸ｏａを検出した光センサーと基点光センサーの間隔が、その試料８の曳糸長さとなる。基点光センサーの上方の光センサーの配設数およびその高さ方向における位置は、対象とする試料８の物性に対応して決めるとよい。
【００３２】
実施形態３
これまで説明した実施形態は、試料（被検液状物）８の曳糸長さ測定開始時点における試料の頭頂部および曳糸状態にある試料８の切断時点の高さ方向における位置を確認する光学的検出手段を透過型光センサーとする実施形態である。しかし、本発明はこれに限るものではなく、エリアセンサー、たとえばＣＣＤカメラやレーザーセンサーを用いる、液状物の曳糸性測定の開始時点および曳糸状態にある試料８の切断時点の高さ方向における位置を確認する光学的検出手段を採ることもできる。さらに、画像処理手段を用いる、液状物の曳糸性測定の開始時点および曳糸状態にある試料８の切断時点の高さ方向における位置を確認する光学的検出手段を採ることもできる。
【００３３】
実施形態４
上記、本発明の液状物の曳糸性測定装置の実施形態においては、光学的検出手段によって、液状物の曳糸性測定の開始時点および曳糸状態にある試料８の切断時点の高さ方向における位置を確認するようにしている。しかし、本発明においては、前記確認手段として、試料受皿７または糸曳き棒６に、微少な荷重変動を感知する荷重測定器たとえば、電子天秤等の高度な分解能をもつ荷重測定器を装着し、糸曳き棒６が試料（被検液状物）８に接触した瞬間及び曳糸状態にある試料８の切断時点の荷重変化を０．１ｍｇの単位で検出し、この検出信号をディジタルな処理信号として用いることもできる。
【００３４】
本発明の液状物の曳糸性測定装置を用いる曳糸性測定は上記のように実施されるが、液状物の曳糸性測定に影響を及ぼす因子は、測定時の環境の温度、湿度、試料（被検液状物）の温度、糸曳き棒の試料に接触する部分の表面性状（表面粗さなど）、糸曳き棒の大きさ、形状、上昇速度などである。試料（被検液状物）に対応して、これら諸因子を総合的に判断して規格化することが必要である。
【００３５】
図８に、本発明の液状物の曳糸性測定装置による測定結果と、シリンダーゲージによる実測値との対応関係を示す。図８から明らかなように、きわめてよい対応関係を示している。
【００３６】
本発明の曳糸性測定装置が対象とし得る液状物は、医療分野における唾液、血液、リンパ液、関節液、尿といった各種体液、産業分野におけるインク、塗料、オイル、グリース等、食品分野における醤油、ソース、マヨネーズ、ケチャップ、ドレッシング、乳製品、練り物、スープ等種々のゲル、コロイド、スラリーを含む液状物など全ての流動性および延伸性を有する液状物である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、曳糸性を有する液状物の粘性を、液状物が導電性を有すると否とに拘わらず高い精度下に、測定者の個人差を生じることなく測定することができる。また、本発明の液状物の曳糸性測定装置によれば、可及的に少量の試料での自動測定が可能であり、測定結果はディジタルに表示されるから、針の位置を読む等の測定誤差を生じる因子を排除できる。さらに、糸曳き棒は保持器に着脱自在に嵌装されていて装置の組立が簡単であり、糸曳き棒の洗浄も容易に行える。
【００３８】
請求項２に記載の発明によるときは、簡潔な装置構成にしてＯＮ−ＯＦＦのディジタル信号のみで確実にかつ高精度下に液状物の曳糸性測定が可能であり、測定者の熟練を必要とせず個人差による影響を受けない迅速かつ確度の高い測定ができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、測定の度毎に試料受皿内の試料（被検液状物）の盛り上がり頭頂部を高精度下に検出することができるから、高精度下に液状物の曳糸性測定をより精度高く行うことができる。
【００４０】
請求項４に記載の発明によるときは、ＣＣＤカメラ、レーザーセンサー等のエリアセンサー或いは画像処理技術を用いて液状物の曳糸性測定を行うことができる。
【００４１】
請求項５に記載の発明によれば、試料受皿または糸曳き棒に荷重測定器を装着することによって、液状物の曳糸性測定を行うことができる。
【００４２】
請求項６に記載の発明によるときは、糸曳き棒下端部を湿潤状態とした試料頭頂部位置の、糸曳き棒の横断面中心からのずれに起因する液状物の曳糸性測定精度の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る液状物の曳糸性測定装置を示す模式図
【図２】本発明の一実施例に係る液状物の曳糸性測定装置を用いて液状物の曳糸長さを測定するときの、測定開始時点の試料受皿、試料、糸曳き棒、光軸ｏａ、の位置関係を示す正面図
【図３】糸曳き棒が下降してきて、その下端部が試料に接触したときの状態を示す正面図
【図４】試料（被検液状物）の曳糸状態を示す正面図
【図５】曳糸状態にある試料が切断された瞬間の状態を示す正面図
【図６】切断後、試料が試料受皿内に復元した状態を死す正面図
【図７】本発明の他の実施形態における光センサーの配置の一例を示す正面図
【図８】本発明の液状物の曳糸性測定装置による測定結果と実測値との対応関係を示すグラフ
【符号の説明】
１  モーター
２  歯車列
３  昇降用ねじ軸
４  昇降テーブル
５  保持器
６  糸曳き棒
７  試料受皿
８  試料（被検液状物）
９  投光器
１０  受光器
１１  投受光器取付台
１２  光軸位置微調整用ねじ
１３  モーター駆動回路
１４  操作回路
１５  曳糸長さ測定回路
１６  演算回路
１７  ディジタル表示器
１８  上限リミッタ
１９  下限リミッタ
２０  反射円盤
２１  回帰反射式フォトインタラプタ
２２  フィードバックパルス
２３  ＰＷＭパルス
ｏａ  光軸
【図１】
2005345103.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005345103.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005345103.tif 000009
【図８】
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