JP2008309743A - 粘度測定装置、粘度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粘度の変化を連続的に測定できるようにする。
【解決手段】粘度測定装置Ａは、管路１６と、管路１６の両端の圧力損失ΔＰを測定する差圧測定手段２３と、管路１６を流れる塗装用液剤ａの流量Ｑを測定する流量測定手段１９と、測定された圧力損失ΔＰと流量Ｑとに基づいて、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度μを測定する演算手段２０とを備え、演算手段２０は、圧力損失ΔＰと流量Ｑとの積により測定粘度μ_Ａを算出し、測定粘度μ_Ａを流量の逆数１／Ｑの関数として線形化するとともに、この関数を元に測定粘度μ_Ａの切片値（１／Ｑが０の場合のμ_Ａの値）を算出し、この切片値を、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度μとして算出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、粘度測定装置、粘度測定方法に関するものである。

特許文献１には、塗料の粘度をブルックフィールド型粘度計で測定する技術が記載されている。ブルックフィールド型粘度計を用いて塗料の粘度を測定する手段としては、塗料を測定用のカップに貯留し、そのカップ内にブルックフィールド型粘度計のローターを浸漬させ、ローターに作用する回転抵抗に基づいて粘度を測定する方法がある。
特開２００１−１２９４５４公報

ところで、塗装時において「タレ」、「肌不良」、「ワキ」等の塗装不良は、塗料の粘度変動により引き起こされる。また、塗料粘度は、室温変化に伴う液温変化によっても引き起こされる。一方、通常の塗料粘度調整は塗装作業開始前に行われ、その粘度調整後の塗料をポンプにより塗装ガンに圧送することにより、塗装作業を行うものとしている。その結果、例えば朝、昼の温度差から塗料粘度が変化して上記のような塗装不良を引き起こす場合があった。また、上記のような塗料粘度調整を頻繁に行う場合、その都度タンク内の塗料を一定量サンプリングし、ストップウォッチ等で人間が測定する必要があり、相当煩雑な作業を要していた。

上記特許文献１に係る粘度測定方法では、測定対象となるカップ内の塗料が、実際に塗料供給源から塗装ガンに供給されて塗装に供される塗料ではないため、管路を経て塗装に供される粘度の変化をリアルタイムで連続的に測定することができない。

一方、オリフィス、パイプ両端の差圧と流量からハーゲン・ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の差圧式を利用して粘度を求める方法もある。しかしながら、塗料自体が流速により粘度変化する「非ニュートン流体」のため、流速を一定として測定する必要があり、この場合も管内を流れる塗料の粘度測定法としては十分なものではない。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、管路を流れる塗装用液剤の粘度を簡便且つ確実に、しかもリアルタイムで連続的に測定できる粘度測定装置及び方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の粘度測定装置は、塗装用液剤が流れる管路と、前記管路の上流端における前記塗装用液剤の圧力と前記管路の下流端における前記塗装用液剤の圧力との差である圧力損失ΔＰを測定する差圧測定手段と、前記管路を流れる前記塗装用液剤の流量Ｑを測定する流量測定手段と、前記差圧測定手段により測定された圧力損失ΔＰと前記流量測定手段により測定された流量Ｑとに基づいて、前記管路を流れる塗装用液剤の粘度μを測定する演算手段と、を備え、前記演算手段は、前記圧力損失ΔＰと前記流量Ｑとの積により測定粘度μ_Ａを算出する測定粘度算出手段と、前記測定粘度算出手段に基づいて流量毎に算出された各測定粘度μ_Ａを、流量の逆数１／Ｑの関数として線形化する線形化手段と、前記線形化手段により流量の逆数１／Ｑの関数として表された測定粘度μ_Ａの切片値（１／Ｑが０の場合のμ_Ａの値）を算出し、この切片値を、前記管路を流れる塗装用液剤の粘度μとして算出する切片値算出手段と、を備えることを特徴とする。

このような粘度測定装置により、管路を流れる塗装用液剤の粘度を、その流量（単位時間当たりに流れる塗装用液剤の体積）に依存することなく、簡便且つ確実に、しかもリアルタイムで連続的に測定することが可能となる。

塗装用液剤（特に工業塗装用合成油塗料など）は概ね「非ニュートン流体」に属する。このような非ニュートン流体の塗装用液剤について、当該液剤が流れる管路の両端の差圧ΔＰと、その流量Ｑとを測定し、ハーゲン・ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の差圧式（ΔＰ＝３２μＬＱ／Ｄ^２（ここで、Ｌは管路の長さ、Ｄは管路の内径））を利用して粘度μを算出すると、その算出粘度は、流量増加に伴って減少する。これは、当該粘度測定では、非ニュートン流体である塗装用液剤の粘度を正確に測定できないことを意味している。

そこで、本発明者が鋭意検討したところ、上記差圧式で求めた測定粘度を流量の逆数の軸で観察し、測定粘度を流量の逆数の関数として取り扱うことで、これを線形化することができた。また、様々な粘度の塗装用液剤について、上記関数に基づいて流量の逆数が０の場合の粘度（切片値）を仮に計算し、当該計算された粘度と、各塗装用液剤の流下カップ粘度計により求めた試料粘度との相関を求めると、それらは比例関係にあることが分かった。そこで、この流量の逆数が０の場合の粘度（切片値）を、管路を流れる塗装用液剤の粘度として採用することで、管路を流れる塗装用液剤の流量に依存しない値の粘度を算出することを可能としたのである。

なお、本発明に言う「管路」とは、塗装用液剤が流れることにより発生する差圧を測定するためのオリフィスも含むものである。

本発明の粘度測定装置において、前記管路の下流端が大気中に開放されているものとすることができる。
このように管路の下流端を大気中に開放することで、圧力計は管路の上流端のみに設ければよく、管路の上流端と下流端の両方に圧力計を設ける形態に比べて、圧力計の数が少なくて済むこととなる。

一方、上記課題を解決するために、本発明の粘度測定方法は、塗装用液剤が流れる管路の上流端における前記塗装用液剤の圧力と前記管路の下流端における前記塗装用液剤の圧力との差である圧力損失ΔＰを測定し、前記管路を流れる前記塗装用液剤の流量Ｑを測定し、前記圧力損失ΔＰと前記流量Ｑとの積により測定粘度μ_Ａを流量毎に算出し、前記流量毎に算出された各測定粘度μ_Ａを、流量の逆数１／Ｑの関数として線形化し、前記流量の逆数１／Ｑの関数として表された測定粘度μ_Ａの切片値（１／Ｑが０の場合のμ_Ａの値）を、前記管路を流れる塗装用液剤の粘度μとして算出することを特徴とする。

このような粘度測定方法により、管路を流れる塗装用液剤の粘度を、その流量（単位時間当たりに流れる塗装用液剤の体積）に依存することなく、簡便且つ確実に、しかもリアルタイムで連続的に測定することが可能となる。すなわち、ハーゲン・ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の差圧式により求めた測定粘度を流量の逆数の関数として取り扱い、この関数に基づいて流量の逆数が０の場合の粘度（切片値）を、管路を流れる塗装用液剤の粘度として採用することで、管路を流れる塗装用液剤の流量に依存しない値の粘度を算出することが可能となった。

本発明によると、管路を流れる塗装用液剤の粘度を、その流量（単位時間当たりの塗装用液剤の体積）に依存することなく、簡便且つ確実に、しかもリアルタイムで連続的に測定することが可能となる。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１及び図２を参照して説明する。本実施形態の粘度測定装置Ａは、塗装用液剤ａの圧送源１０と、液剤流路１４と、ドレンタンク１８とを備えている。なお、当該粘度測定装置Ａにおいて、圧送源１０側を上流側、ドレンタンク１８側を下流側とする。

塗装用液剤ａは、貯留タンク１３に貯留され、例えば主剤と硬化剤からなる工業塗装用合成剤等であって、具体的にはウレタン系塗装剤からなる主剤と、疎水性イソシアネートからなる硬化剤とを所定の割合で混合した塗装用の液剤を用いることができる。

圧送源１０は、エア供給源１１と、供給する作動エアの圧力を調整するレギュレータ１２とを備えている。ここでは、エア供給源１１からレギュレータ１２を介して圧送した作動エアを、気密状に密閉されている貯留タンク１３内に送り込み、その作動エアの圧力により、貯留タンク１３内に貯留されている塗装用液剤ａを液剤流路１４へ押し出す構成とされている。

液剤流路１４は、上流端が圧送源１０に接続された第１供給路１５と、第１供給路１５の下流端に接続された管路１６と、管路１６の下流端に接続された第２供給路１７とから構成され、第２供給路１７の下流端に上記ドレンタンク１８が設けられている。また、管路１６の断面積は全長に亘って一定である。

第１供給路１５の途中には容積式の流量計（流量測定手段）１９が設けられている。流量計１９は、圧送源１０からドレンタンク１８に至る液剤流路１４（流量計１９よりも下流側の管路１６を含む流路）を流れる塗装用液剤ａの流量を計測するものである。容積式流量計１９としては、オーバルギヤ式、ルーツ式、ロータリーベーン式、往復ピストン式、膜式等を採用することができる。このような流量計１９にて計測された流量Ｑは、制御部２０に入力されるものとなっている。

また、管路１６の上流端には第１圧力計２１が設けられ、この第１圧力計２１は管路１６の上流端における塗装用液剤ａの圧力を測定し、その測定値を差圧測定部（差圧測定手段）２３へ出力するようになっている。管路１６の下流端には第２圧力計２２が設けられ、この第２圧力計２２は管路１６の下流端における塗装用液剤ａの圧力を測定し、その測定値を差圧測定部２３へ出力するようになっている。差圧測定部２３においては、第１圧力計２１から入力される測定値と第２圧力計２２から入力される測定値との差が算出され、その算出された差圧の値、即ち圧力損失ΔＰが制御部（演算手段）２０に入力されるようになっている。

制御部２０では、差圧測定部２３で測定された圧力損失ΔＰの値と、流量計１９で測定された流量Ｑの値とに基づいて塗装用液剤ａの粘度μを測定する。
具体的には、まず圧力損失ΔＰと流量Ｑとの積により測定粘度μ_Ａを算出する（測定粘度算出手段）。
次に、測定粘度μ_Ａは、幾つかの流量毎に算出し、算出した各測定粘度μ_Ａを流量の逆数１／Ｑの関数として線形化する（線形化手段）。
そして、流量の逆数１／Ｑの関数として表された測定粘度μ_Ａの切片値、すなわち流量の逆数１／Ｑが０の場合のμ_Ａの値を算出し、この切片値を、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度μとして算出する（切片値算出手段）。

このように、本実施形態の粘度測定装置Ａでは、実際に管路１６を流れている塗装用液剤ａの圧力と流量とに基づいて粘度を測定しているので、粘度の変化をリアルタイムで連続的に測定することができる。特に、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度を、その流量に依存することなく測定することが可能である。すなわち、ハーゲン・ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の差圧式により求めた測定粘度μ_Ａを流量の逆数（１／Ｑ）の関数として取り扱い、この関数に基づいて流量の逆数（１／Ｑ）が０の場合の粘度（切片値）を、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度として採用することで、管路１６を流れる塗装用液剤ａの流量に依存しない値の粘度μを算出することが可能とされているのである。

これは、以下のような理由による。
まず、管路１６の断面積が全長に亘って一定である場合、一般論として、管路１６の上流端と下流端との間の圧力損失（圧力差）ΔＰは、粘度μと塗装用液剤ａの単位時間当たりの流量Ｑとにより、ハーゲン・ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の差圧式（ΔＰ＝３２μＬＱ／Ｄ^２）で表される（Ｌは管路１６の長さ、Ｄは管路１６の内径）。すなわち、圧力損失（圧力差）ΔＰは、粘度μと流量Ｑとの積の値μ・Ｑに概ね比例するのである。
しかしながら、塗装用液剤ａは「非ニュートン流体」であるため、当該塗装用液剤ａが流れる管路１６の両端の差圧ΔＰと、その流量Ｑとを測定し、上記ハーゲン・ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の差圧式を利用して測定粘度μ_Ａを算出すると、その測定粘度μ_Ａは、図３に示すように流量増加に伴って減少する。これは、当該差圧式に基づく粘度測定では、非ニュートン流体である塗装用液剤ａの粘度を正確に測定できないことを意味している。

そこで、本実施形態の粘度測定装置Ａでは、上記差圧式で求めた測定粘度μ_Ａを、図４に示すように流量の逆数（１／Ｑ）の軸で観察して、測定粘度μ_Ａを流量逆数値（１／Ｑ）の関数で表し、この関数から流量逆数値（１／Ｑ）が０の場合のμ_Ａの値（切片値）を算出し、この切片値を、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度μとして採用することで、管路１６を流れる塗装用液剤ａの流量Ｑに依存しない値の粘度μを算出するものとしている。

なお、様々な試料粘度（流下カップ粘度計で測定した値）の塗装用液剤について、上記関数に基づいて切片値を算出すると、当該切片値と各塗装用液剤の試料粘度とは、図５に示すように比例関係にあり、当該切片値を、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度μとして採用することが、正確な粘度値を表すものとして確認された。

＜実施形態２＞
以下、本発明を具体化した実施形態２を図２を参照して説明する。本実施形態２の粘度測定装置Ｂは、塗装装置に適用したものであって、塗料ｂの圧送源３０と、塗料流路３１とを備えており、塗料流路３１は、上流端が圧送源３０に接続された供給路３２と、供給路３２の下流端に接続された管路３３とからなり、管路３３の下流端には、塗料ｂを噴出するためのノズル３４が設けられている。

供給路３２の途中には、容積式の流量計３５が設けられている。流量計３５は、圧送源３０からノズル３４に至る塗料流路３１を流れる塗料ｂの流量を計測するもので、この流量計３５で測定された流量Ｑの値が制御部３６に入力されるようになっている。また、管路３３の上流端には圧力計３７が設けられ、この圧力計３７は管路３３の上流端における塗料ｂの圧力を測定する。一方、ノズル３４から塗料ｂが噴出する状態では、管路３３の下流端のノズル３４が大気に開放されているため、この圧力計３７の測定値が、管路３３の上流端における塗料ｂの圧力と管路３３の下流端（ノズル３４）における塗料ｂの圧力（大気圧）との差である圧力損失となる。そして、この圧力計３７で測定された値、即ち圧力損失ΔＰの値が制御部３６に入力されるようになっている。

制御部３６では、実施形態１の制御部２０と同様、差圧測定部２３で測定された圧力損失ΔＰの値と、流量計１９で測定された流量Ｑの値とに基づいて塗装用液剤ａの粘度μを測定する。つまり、圧力損失ΔＰと流量Ｑとの積により測定粘度μ_Ａを算出し、その測定粘度μ_Ａを流量の逆数１／Ｑの関数として表すとともに、その関数を元に測定粘度μ_Ａの切片値、すなわち流量の逆数１／Ｑが０の場合のμ_Ａの値を算出し、この切片値を、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度μとして算出する。

このような実施形態２の粘度測定装置Ｂでは、実際に管路３３を流れている塗料ｂの圧力と流量とに基づいて粘度を測定しているので、粘度の変化をリアルタイムで連続的に測定することができる。また、特に、管路１６を流れる塗装用液剤ａの粘度を、その流量に依存することなく測定することができる。また、管路３３の下流端（ノズル３４）を大気中に開放したので、圧力計３７は管路３３の上流端に設けるのみで差圧を測定でき、管路３３の上流端と下流端の両方に圧力計を設ける形態に比べて、圧力計３７の数が１つだけで済んでいる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態１では管路の上下両端間の圧力差を測定する手段として、管路の上流端と下流端の両方に圧力計を設けたが、本発明によれば、管路の下流端を大気圧に開放するとともに、圧力計を管路の上流端のみに設ける構成としてもよい。
（２）上記実施形態２では管路の下流端（塗装ガンのノズル）を大気圧に開放することで、必要な圧力計の数を１つとしたが、本発明によれば、管路の下流端をノズルよりも上流側に設定して、管路の上流端と下流端の双方に圧力計を設け、この２つの圧力計の計測値に基づいて圧力損失を測定してもよい。
（３）上記実施形態１，２では流量計を管路よりも上流側に配置したが、本発明によれば、流量計は、管路の途中に設けてもよく、管路よりも下流側に配置してもよい。
（４）上記実施形態１，２では差圧をとる管路としてパイプ状のものを採用したが、例えば塗装用液剤が流れることにより発生する差圧を測定するためのオリフィス等も本発明の管路として含むことができる。

実施形態１の粘度測定装置の構成図。 実施形態２の粘度測定装置の構成図。 流量Ｑと測定粘度値μ_Ａの関係を示すグラフ。 流量逆数値（１／Ｑ）と測定粘度値μ_Ａの関係を示すグラフ。 試料粘度値と切片値の関係を示すグラフ。

符号の説明

Ａ…粘度測定装置、ａ…塗装用液剤、１６…管路、１９…流量計（流量測定手段）、２３…差圧測定部（差圧測定手段）、２０…制御部（演算手段、測定粘度算出手段、線形化手段、切片値算出手段）、Ｂ…粘度測定装置、ｂ…塗料（塗装用液剤）、３３…管路、３５…流量計（流量測定手段）、３６…制御部（演算手段、測定粘度算出手段、線形化手段、切片値算出手段）、３７…圧力計（差圧測定手段）

Claims (3)

1. 塗装用液剤が流れる管路と、
   前記管路の上流端における前記塗装用液剤の圧力と前記管路の下流端における前記塗装用液剤の圧力との差である圧力損失ΔＰを測定する差圧測定手段と、
   前記管路を流れる前記塗装用液剤の流量Ｑを測定する流量測定手段と、
   前記差圧測定手段により測定された圧力損失ΔＰと前記流量測定手段により測定された流量Ｑとに基づいて、前記管路を流れる塗装用液剤の粘度μを算出する演算手段と、を備え、
   前記演算手段は、
   前記圧力損失ΔＰと前記流量Ｑとの積により測定粘度μ_Ａを算出する測定粘度算出手段と、
   前記測定粘度算出手段に基づいて流量毎に算出された各測定粘度μ_Ａを、流量の逆数１／Ｑの関数として線形化する線形化手段と、
   前記線形化手段により流量の逆数１／Ｑの関数として表された測定粘度μ_Ａの切片値（１／Ｑが０の場合のμ_Ａの値）を算出し、この切片値を、前記管路を流れる塗装用液剤の粘度μとして算出する切片値算出手段と、を備えることを特徴とする粘度測定装置。
2. 前記管路の下流端が大気中に開放されていることを特徴とする請求項１に記載の粘度測定装置。
3. 塗装用液剤が流れる管路の上流端における前記塗装用液剤の圧力と前記管路の下流端における前記塗装用液剤の圧力との差である圧力損失ΔＰを測定し、
   前記管路を流れる前記塗装用液剤の流量Ｑを測定し、
   前記圧力損失ΔＰと前記流量Ｑとの積により測定粘度μ_Ａを流量毎に算出し、
   前記流量毎に算出された各測定粘度μ_Ａを、流量の逆数１／Ｑの関数として線形化し、
   前記流量の逆数１／Ｑの関数として表された測定粘度μ_Ａの切片値（１／Ｑが０の場合のμ_Ａの値）を、前記管路を流れる塗装用液剤の粘度μとして算出することを特徴とする粘度測定方法。

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