JP4546861B2 - Contact interface area evaluation method and contact interface area evaluation apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、接触界面積の評価方法及び接触界面積の評価装置に関し、詳しくは、接触させる固体物間の接触界面積を光導波路分光法を用いて分子レベルで高精度に測定し、かつ、静止した状態だけでなく動的な状態での接触界面積の測定も可能とするものである。 The present invention relates to a contact interface area evaluation method and a contact interface area evaluation device, and more specifically, the contact interface area between solid objects to be contacted is measured at a molecular level with high accuracy using optical waveguide spectroscopy, and It is possible to measure the contact interface area not only in a stationary state but also in a dynamic state.
少なくとも2種類以上の固体物が接触したときに生じる接触界面の面積を知ることは、接着、塗装など多くの工業分野で長年にわたる課題である。例えば、各種電子材料の一時固定やマスキングなどの工程材料として、粘着テープが用いられることが多いが、電子回路の超小型化に伴い、線幅は分子レベルで精密なものが求められる。細線幅の回路を作製する場合、マスキング材が使用されることが多いが、マスキング材と電子基板との密着性を分子レベルで品質管理することは、製品歩留まり向上の観点からも必要不可欠となってきている。 Knowing the area of the contact interface that occurs when at least two types of solid objects come into contact is a long-standing problem in many industrial fields such as adhesion and painting. For example, an adhesive tape is often used as a process material for temporarily fixing various kinds of electronic materials and masking. However, with the miniaturization of electronic circuits, line widths are required to be precise at the molecular level. Masking materials are often used to produce thin line width circuits, but quality control of the adhesion between the masking material and the electronic substrate at the molecular level is indispensable from the viewpoint of improving product yield. It is coming.
また、各種タイヤの品質管理及び開発において、タイヤを構成するゴム材料と接地面との分子レベルでの接触界面積に関する情報は、安全性に直結する情報として必要になってきている。さらに、タイヤの場合、静止した状態だけでなく、走行時、制動時および駆動時の動的な接地面積を分子レベルで知ることも重要である。さらには、乾燥路面だけでなく、湿潤路面に対する分子レベルでの接地面積を知ることも必要不可欠となってきている。 Further, in quality control and development of various tires, information on the contact interface area at the molecular level between the rubber material constituting the tire and the contact surface has become necessary as information directly related to safety. Furthermore, in the case of tires, it is also important to know not only in a stationary state but also a dynamic contact area at the molecular level during running, braking and driving. Furthermore, it is indispensable to know not only the dry road surface but also the contact area at the molecular level with respect to the wet road surface.
従来、固相−気相の界面と、固相−液相の界面の接触界面積を分子レベルで評価する方法は提供されている。
例えば、特開平5−99840号公報(特許文献1)で、粘着テープに対してブリスター現象を生ぜしめて粘着テープとガラス板との接触面積の変化をCCDカメラを用いて光学的に検出することにより、粘着テープと基板との粘着性を評価している。
また、特開平5−41440号公報(特許文献2)では、電気抵抗から接触面積を評価する方法も提案されている。
Conventionally, a method for evaluating a contact interface area between a solid phase-gas phase interface and a solid phase-liquid phase interface at a molecular level has been provided.
For example, in JP-A-5-99840 (Patent Document 1), a blister phenomenon is caused on an adhesive tape, and a change in the contact area between the adhesive tape and the glass plate is detected optically using a CCD camera. The adhesiveness between the adhesive tape and the substrate is evaluated.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-41440 (Patent Document 2) also proposes a method for evaluating a contact area from electric resistance.
しかしながら、前記特許文献1に記載されている方法では、装置が大型且つ複雑で、測定強度もCCDカメラの画素数に依存するため精度がよくない。また、仮にCCDカメラの画素数を上げたとしても、S/N比が悪くなり、信頼性の高いデータを得ることができない問題がある。
また、前記特許文献2に記載されている方法では、測定対象が導電性を有さなければならないという制約が生じる問題がある。
かつ、これらの特許文献では、一方の固体に対して他方の固体が接触しながら移動、回転等の動的挙動時における接触界面積の測定には適用できない。よって、例えば、前記タイヤの走行時、制動時の動的な接地面積を測定には利用出来ない。
However, the method described in
In addition, the method described in
And in these patent documents, it cannot apply to the measurement of the contact interface area at the time of dynamic behaviors, such as a movement and rotation, while the other solid is contacting with one solid. Therefore, for example, the dynamic contact area during braking and braking of the tire cannot be used for measurement.
本発明は、前記問題を鑑みてなされたものであり、固体物同士が接したときに、これら物質が導電性を有しているか否か等の物性に関係なく、接触界面積を分子レベルで高精度に評価できる方法および評価装置を提供することを課題としている。
さらには、静止した状態で接触させている場合に限らず、一方の固体物に対して他方の固体物が移動、回転等の動的な状態においても、これら固体物間の接触界面積を分子レベルで評価できるように、タイヤの走行時、制動等における路面との接触面積を分子レベルで高精度で測定できるようにすることを課題としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and when a solid material comes into contact with each other, the contact interface area is determined at a molecular level regardless of physical properties such as whether or not these materials have conductivity. It is an object of the present invention to provide a method and an evaluation apparatus that can evaluate with high accuracy.
Furthermore, the contact interface area between these solid objects is not limited to the case where they are brought into contact with each other in a stationary state. An object of the present invention is to make it possible to measure the contact area with the road surface during braking or the like at a molecular level with high accuracy so that the level can be evaluated.
前記課題を解決するため、本発明は、光屈折率が相違する少なくとも2種類の第一固体物と第二固体物との接触界面積を、光導波路となる第一固体物と、該第一固体物に接触させる第二固体物の接触界面で生じるエバネッセント波を利用して評価している。
前記固体物には粘弾性体も含むものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a contact interface area between at least two kinds of first solid objects and second solid objects having different optical refractive indexes, a first solid object serving as an optical waveguide, and the first solid object. The evaluation is performed by using an evanescent wave generated at the contact interface of the second solid object to be brought into contact with the solid object.
The solid material includes a viscoelastic body.
詳しくは、第1の発明では、光屈折率が相違する少なくとも2種類の第一固体物と第二固体物との接触界面積を、光導波路となる第一固体物と、該第一固体物に接触させる第二固体物の接触界面で生じるエバネッセント波を利用して評価しており、
前記第一固体物と前記第二固体物との接触界面で入射光が全反射する時に、該第二固体物が固有するエバネッセント波吸収物質あるいは該第二固体物に付加するエバネッセント波吸収物質により、該第二固体物側に発生するエバネッセント波を吸収させて入射光強度に対して出射光強度を減衰させ、該出射光強度を検出して、第一固体物と第二固体物との接触界面積を評価することを特徴とする接触界面積の評価方法を提供している。
Specifically, in the first invention, the contact interface area between at least two types of the first solid object and the second solid object having different optical refractive indexes is determined by the first solid object serving as an optical waveguide, and the first solid object. It is evaluated using the evanescent wave generated at the contact interface of the second solid object to be contacted with
When incident light is totally reflected at the contact interface between the first solid object and the second solid object, an evanescent wave absorbing material inherent to the second solid object or an evanescent wave absorbing material added to the second solid object. The evanescent wave generated on the second solid object side is absorbed to attenuate the emitted light intensity with respect to the incident light intensity, and the emitted light intensity is detected to contact the first solid object and the second solid object. A method for evaluating a contact interface area, characterized by evaluating the interface area, is provided.
前記したように、本発明では固体間の接触界面評価方法にエバネッセント波を用いている。エバネッセント波は、図1に示すように、臨界角以上の角度θで、高い屈折率を有するプリズムからなる光導波路1(第一固体物)に光を入射させると、入射光R1は屈折率の異なる測定対象物2(第二固体物2)と光導波路1との界面3で全反射R2を繰り返しながら光導波路1内を進む。このとき、全反射した界面には光導波路1から測定対象物2にエバネッセント波R3と呼ばれる光がしみ出す。このエバネッセント波R3の強度は、界面3からの距離に対して指数関数的に減衰する弱い光であるので、測定対象物2と光導波路1とが界面3で分子的に接着していない場合には、エバネッセント波R3が測定対象物2と相互作用を行うことができず、入射光R1の光強度と出射光R4の光強度との間に大きな変化は生じない。
As described above, in the present invention, the evanescent wave is used in the method for evaluating the contact interface between solids. As shown in FIG. 1, when an evanescent wave is incident on an optical waveguide 1 (first solid object) made of a prism having a high refractive index at an angle θ greater than a critical angle, the incident light R1 has a refractive index. Advancing through the
一方、測定対象物2と光導波路1とが界面3で分子的に接着している場合には、エバネッセント波R3が測定対象物2と相互作用を行う。例えば、前記第二固体物からなる測定対象物2がエバネッセント波R3の有する特定の波長の光を吸収する吸収物質を有していれば、その波長の光が測定対象物2に吸収されるため、その波長における出射光R4の光強度は入射光R1の光強度に比べ減少することとなる。すなわち、出射光強度を検出し、入射光強度との比較演算、例えば、吸収波長における入射光強度と出射光強度とから吸光度を求めることにより、測定対象物2と光導波路1との接触界面積を高精度に評価することができる。このように、エバネッセント波を用いれば、界面近傍の情報のみを抽出することができる。
On the other hand, when the
前記評価方法においては、測定対象である第二固体物がエバネッセント波と相互作用を行って、該エバネッセント波を吸収するものでなければ、接触界面の情報が得られず、接触界面積を評価することができない。よって、第二固体物がエバネッセント波の有する波長に対して吸収する物質を固有しているものであれば、エバネッセント波吸収物質を付加する必要はないが、第二固体物がエバネッセント波吸収物質を有するものでない場合には、第二固体物にエバネッセント波吸収物質を付加している。エバネッセント波吸収物質の付加は、化学的方法、物理的方法のいずれでもよく、特に限定されず、第二固体物の組成物中にエバネッセント波吸収物質を混合または化学的に付加したり、あるいは第二固体物の表面にエバネッセント波吸収物質を塗布している。該塗布方法を採用すると、第二固体物の性質にかかわらず接触界面積の評価が可能となる。
前記エバネッセント波吸収物質としては、光源の光を吸収する官能基を有していれば特に限定されない。官能基としては、例えば、水酸基、チオニル基、カルボニル基、エーテル基、ベンゼン環、アミノ基、アミド基、ニトロ基、ニトリル基、各種ハロゲン置換原子団等が挙げられる。
In the evaluation method, if the second solid object to be measured interacts with the evanescent wave and does not absorb the evanescent wave, information on the contact interface cannot be obtained, and the contact interface area is evaluated. I can't. Therefore, if the second solid material has a substance that absorbs the wavelength of the evanescent wave, it is not necessary to add the evanescent wave absorbing material. If not, an evanescent wave absorbing material is added to the second solid material. The addition of the evanescent wave absorbing material may be either a chemical method or a physical method, and is not particularly limited. The evanescent wave absorbing material may be mixed or chemically added to the composition of the second solid material, or may be added first. An evanescent wave absorbing material is applied to the surface of a two-solid material. When this coating method is employed, the contact interface area can be evaluated regardless of the properties of the second solid material.
The evanescent wave absorbing material is not particularly limited as long as it has a functional group that absorbs light from a light source. Examples of the functional group include a hydroxyl group, thionyl group, carbonyl group, ether group, benzene ring, amino group, amide group, nitro group, nitrile group, and various halogen-substituted atomic groups.
前記したエバネッセント波を吸収して吸光により出射光強度を減衰する方法に変えて、第2の発明として、
光屈折率が相違する少なくとも2種類の第一固体物と第二固体物との接触界面積を、光導波路となる第一固体物と、該第一固体物に接触させる第二固体物の接触界面で生じるエバネッセント波を利用して評価しており、
前記第二固体物にエバネッセント波の有する波長に対して特定光を発する物質を付加して
おき、
前記第一固体物と前記第二固体物との接触界面で入射光が全反射する時に、該第二固体物側に発生するエバネッセント波を特定光として放出させ、
出射光から前記特定光を検出して、前記第一固体物と第二固体物との接触界面積を評価することを特徴とする接触界面積の評価方法を提供している。
Instead of absorbing the evanescent wave and attenuating the emitted light intensity by absorption, the second invention,
Contact between the first solid object serving as an optical waveguide and the second solid object contacting the first solid object with a contact interface area between at least two types of the first solid object and the second solid object having different optical refractive indexes. Evaluates using the evanescent wave generated at the interface,
A substance that emits specific light with respect to the wavelength of the evanescent wave is added to the second solid object,
When incident light is totally reflected at the contact interface between the first solid object and the second solid object, the evanescent wave generated on the second solid object side is emitted as specific light,
There is provided a method for evaluating a contact interface area, wherein the specific light is detected from emitted light and the contact interface area between the first solid object and the second solid object is evaluated.
上記特定光は、例えば、蛍光あるいはりん光とし、エバネッセント波の有する波長を吸収し、吸収波長(λ)とは異なった特定の波長(λ+Δλ)の蛍光あるいはりん光を発生させる物質を、前記第二固体物に公知の化学的方法、物理的方法で付加し、この特定の波長における出射光強度を検出することにより、接触界面積を評価している。 The specific light is, for example, fluorescence or phosphorescence, and a substance that absorbs the wavelength of the evanescent wave and generates fluorescence or phosphorescence having a specific wavelength (λ + Δλ) different from the absorption wavelength (λ) is used. The contact interface area is evaluated by adding to a two-solid material by a known chemical method or physical method and detecting the intensity of the emitted light at this specific wavelength.
前記蛍光及びりん光物質としては、特に限定されず、公知の蛍光、りん光物質を用いることができる。公知の蛍光物質としては、例えば、ピラゾリンケイ蛍光物質が挙げられる。ピラゾリンケイ蛍光物質としては、例えば、1,5ジフェニル3,p−ジニトロフェニルピラゾリンが挙げられる。
また、アントラセン系や無機系金属錯体の蛍光、りん光物質を用いることもできる。アントラセン系としては、9,10−ジフェニルアントラセン、ルブレン、9,10−ビス(フェニルエチニル)アントラセン、5,12−(フェニルエチニル)ビスナフタセン、ペリレンが挙げられ、金属錯体の錯体中心には、サマリウム、ユウロピウム、テルビウム及びジスプロシウムが挙げられる。
The fluorescent and phosphorescent substances are not particularly limited, and known fluorescent and phosphorescent substances can be used. Examples of known fluorescent materials include pyrazoline silicate fluorescent materials. Examples of the pyrazoline siliceous fluorescent substance include 1,5
In addition, fluorescent or phosphorescent substances of anthracene or inorganic metal complexes can also be used. Examples of the anthracene system include 9,10-diphenylanthracene, rubrene, 9,10-bis (phenylethynyl) anthracene, 5,12- (phenylethynyl) bisnaphthacene, and perylene. The complex center of the metal complex includes samarium, Europium, terbium and dysprosium.
蛍光またはりん光物質を付加方法も、特に限定されず、例えば、化学的方法としては、例えば、ラジカル反応や酸−塩基反応が挙げられる。ラジカル反応としては、例えば、ビニル基やアクリロイル基、メタクイロイル基などの不飽和結合への付加が挙げられる。また、酸−塩基反応としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、ビニル基、チオール基、エポキシ基、イソシアネート基、アルコキシル基からなる群の縮合反応や付加反応が挙げられる。
一方、物理的方法としては、例えば錯体形成反応などが挙げられる。
このように、測定対象となる第二固体物に、蛍光またはりん光物質を配合または付加あるいは塗布することにより、測定対象の性質によらず、接触界面積の評価が可能である。
A method for adding a fluorescent or phosphorescent substance is not particularly limited, and examples of the chemical method include a radical reaction and an acid-base reaction. Examples of the radical reaction include addition to an unsaturated bond such as a vinyl group, an acryloyl group, and a methacryloyl group. Examples of the acid-base reaction include a condensation reaction and an addition reaction of a group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, a vinyl group, a thiol group, an epoxy group, an isocyanate group, and an alkoxyl group.
On the other hand, examples of the physical method include a complex formation reaction.
In this way, by combining, adding, or applying a fluorescent or phosphorescent substance to the second solid material to be measured, the contact interface area can be evaluated regardless of the property of the measurement object.
前記第1の発明のエバネッセント波を吸収して出射光強度を減衰させる方法により接触界面積を評価する方法、第2の発明のエバネッセント波を吸収して蛍光、りん光等の特定光で出射させる方法により接触界面積を評価する方法を用いると、互いに接触する一対の固体物間の接触界面積の評価のみならず、2種類、3種類等の固体物間の接触界面積の評価を同時に行うことができる。 The method of evaluating the contact interface area by the method of absorbing the evanescent wave of the first invention and attenuating the emitted light intensity, and the method of absorbing the evanescent wave of the second invention and emitting it with specific light such as fluorescence and phosphorescence. Using the method for evaluating the contact interface area by the method, not only the contact interface area between a pair of solid objects in contact with each other but also the contact interface area between two or three types of solid objects is evaluated simultaneously. be able to.
即ち、前記第一固体物の両面に第二固体物を接触させ、
あるいは前記第一固体物の一面側に前記第二固体物を接触させると共に該第一固体物の他面側に第三固体物を接触させ、
前記第一固体物と第二固体物との接触界面積、
あるいは第一固体物と第二固体物の接触界面積と第一固体物と第三固体物との接触界面積とを同時に評価することもできる。
前記したに第一固体物の両面に同一材の第二固体物を接触し、両面で接触界面積を評価すると、測定精度をより高めることができる。
That is, the second solid material is brought into contact with both surfaces of the first solid material,
Alternatively, the second solid material is brought into contact with one surface side of the first solid material and the third solid material is brought into contact with the other surface side of the first solid material,
A contact interface area between the first solid and the second solid,
Alternatively, the contact interface area between the first solid object and the second solid object and the contact interface area between the first solid object and the third solid object can be evaluated simultaneously.
As described above, when the second solid material of the same material is brought into contact with both surfaces of the first solid material and the contact interface area is evaluated on both surfaces, the measurement accuracy can be further increased.
また、前記第一固体物に一面を接触させた第二固体物の他面に第三固体物を接触させて、第一固体物、第二固体物、第三固体物を積層し、
前記第一固体物と第二固体物の接触界面積と、第二固体物と第三固体物との接触界面積とを同時に評価することもできる。
Also, the first solid product, the second solid product, and the third solid product are laminated by bringing the third solid product into contact with the other surface of the second solid product having one surface in contact with the first solid product,
The contact interface area between the first solid object and the second solid object and the contact interface area between the second solid object and the third solid object can be simultaneously evaluated.
具体的には、例えば、第1の発明方法を用いるものとしては、
前記第一固体物の一面側に前記第二固体物を接触させると共に、該第一固体物の他面側に第三固体物を接触させ、
前記第二固体物と第三固体物に吸収波長の相違するエバネッセント波吸収物質を付加しておくと共に、該エバネッセント波吸収物質で吸収される異なる波長を有する光を前記第一固体物に光源から入射し、
前記異なる波長の出射光強度を検出して、第一固体物と第二固体物との接触界面積と、第一固体物と第三固体物との接触界面積とを同時に評価している。
Specifically, for example, using the first invention method,
Contacting the second solid with one side of the first solid and contacting the third solid with the other side of the first solid;
An evanescent wave absorbing material having a different absorption wavelength is added to the second solid material and the third solid material, and light having different wavelengths absorbed by the evanescent wave absorbing material is transmitted from the light source to the first solid material. Incident,
The intensity of the emitted light having the different wavelength is detected, and the contact interface area between the first solid object and the second solid object and the contact interface area between the first solid object and the third solid object are simultaneously evaluated.
即ち、第一固体物の光導波路の両面に測定対象の第二固体物と第三固体物を接触させ、
光導波路の両面で生じるエバネッセント波を異なる吸収波長で吸収することで、それぞれの吸収波長における出射光強度を検出し、入射光強度との比較演算を行うことにより、それぞれの接触界面積を同時に評価できる。
That is, the second solid object and the third solid object to be measured are brought into contact with both surfaces of the optical waveguide of the first solid object,
By absorbing evanescent waves generated on both sides of the optical waveguide at different absorption wavelengths, the output light intensity at each absorption wavelength is detected, and each contact interface area is evaluated simultaneously by comparing with the incident light intensity. it can.
また、前記と同様に第1の発明方法を用い、測定対象物を積層する場合には、
第一固体物に一面を接触させた第二固体物の他面に第三固体物を接触させ、
前記第二固体物と第三固体物に吸収波長の相違するエバネッセント波吸収物質を付加しておくと共に、該エバネッセント波吸収物質で吸収される異なる波長を有する光を前記第一固体物に光源から入射し、
前記異なる波長の出射光強度を検出して、第一固体物と第二固体物の接触界面積と第二固体物と第三固体物との接触界面積とを同時に評価している。
即ち、光導波路となる第一固体物に直接に測定対象物を接触させず、測定対象物を積層した状態として、測定対象物間の接触界面積の評価も行うことができる。
なお、この場合、積層する測定対象物をできる限り薄くする必要か、入射光の強度を大きくする必要がある。
In addition, when the measurement object is laminated using the first invention method as described above,
Bringing the third solid material into contact with the other surface of the second solid material having one surface in contact with the first solid material;
An evanescent wave absorbing material having a different absorption wavelength is added to the second solid material and the third solid material, and light having different wavelengths absorbed by the evanescent wave absorbing material is transmitted from the light source to the first solid material. Incident,
The intensity of the emitted light having the different wavelengths is detected, and the contact interface area between the first solid object and the second solid object and the contact interface area between the second solid object and the third solid object are simultaneously evaluated.
That is, the contact interface area between the measurement objects can also be evaluated in a state in which the measurement objects are laminated without directly contacting the first solid object to be the optical waveguide.
In this case, it is necessary to make the measurement object to be laminated as thin as possible or to increase the intensity of incident light.
さらに、前記と同様に第1の発明方法を用い、光導波路に複数の測定対象物を接触させ、それらの接触界面積を同時に評価することができる。即ち、
前記第一固体物の同一表面に前記第二固体物と並列に第三固体物を接触させ、
前記第二固体物と第三固体物に吸収波長の相違するエバネッセント波吸収物質を付加しておくと共に、該エバネッセント波吸収物質で吸収される異なる波長を有する光を前記第一固体物に光源から入射し、
前記異なる波長の出射光強度を検出して、第一固体物と第二固体物の接触界面積と第一固体物と第三固体物との接触界面積とを同時に評価している。
Furthermore, using the first invention method in the same manner as described above, a plurality of measurement objects can be brought into contact with the optical waveguide, and their contact interface areas can be simultaneously evaluated. That is,
Contacting a third solid object in parallel with the second solid object on the same surface of the first solid object;
An evanescent wave absorbing material having a different absorption wavelength is added to the second solid material and the third solid material, and light having different wavelengths absorbed by the evanescent wave absorbing material is transmitted from the light source to the first solid material. Incident,
The intensity of the emitted light having the different wavelengths is detected, and the contact interface area between the first solid object and the second solid object and the contact interface area between the first solid object and the third solid object are simultaneously evaluated.
前記第2の発明方法を利用して、前記と同様な複数の測定対象物の接触界面積の評価を同時に行う場合は、
前記第一固体物の一面側に前記第二固体物を接触させると共に、該第一固体物の他面側に第三固体物を接触させ、
前記第二固体物と第三固体物に発生するエバネッセント波の有する波長に対して異なる特定光を発生させる物質を付加しておき、各特定光を検出して、第一固体物と第二固体物との接触界面積と、第一固体物と第三固体物との接触界面積とを評価に測定している。
When the contact interface area of a plurality of measurement objects similar to the above is simultaneously evaluated using the second invention method,
Contacting the second solid with one side of the first solid and contacting the third solid with the other side of the first solid;
A substance that generates different specific light with respect to the wavelength of the evanescent wave generated in the second solid material and the third solid material is added, and the first solid material and the second solid are detected by detecting each specific light. The contact interface area between the first solid material and the third solid material is measured for evaluation.
また、前記第一固体物に一面を接触させた第二固体物の他面に第三固体物を接触させ、
前記第二固体物と第三固体物に発生するエバネッセント波の有する波長に対して異なる特定光を発生させる物質を付加しておき、各特定光を検出して、第一固体物と第二固体物の接触界面積と第二固体物と第三固体物との接触界面積とを同時に評価している。
Further, the third solid material is brought into contact with the other surface of the second solid material, which is in contact with the first solid material at one surface,
A substance that generates different specific light with respect to the wavelength of the evanescent wave generated in the second solid material and the third solid material is added, and the first solid material and the second solid are detected by detecting each specific light. The contact interface area of the object and the contact interface area of the second solid object and the third solid object are simultaneously evaluated.
本発明の評価方法が用いられる測定対象となる物質(第二固体物、第三固体物…)としては、例えば、高分子材料が挙げられ、粘接着剤、塗料、各種成型材料などが挙げられる。その中でも、接着剤、粘着テープ、食品用等の各種フィルム、タイヤや画像形成装置に用いられる紙送りローラ等の成形部品で、接触界面積が重要な機能となるものに好適に使用することができる。 Examples of substances (second solid, third solid,...) To be measured using the evaluation method of the present invention include polymer materials, adhesives, paints, various molding materials, and the like. It is done. Among them, it can be suitably used for adhesive parts, adhesive tapes, various films for food, molded parts such as paper feed rollers used in tires and image forming apparatuses, and in which contact interface area is an important function. it can.
また、本発明の接触界面積の評価方法は、測定対象物(第二固体物)の挙動時における接触界面積の評価も行うことができる。
即ち、光導波路となる前記第一固体物を定置し、該第一固体物の表面に沿って測定対象物の上記第二固体物を回転、移動、振動させながら評価することもできる。
このように測定対象物が光導波路上を回転、移動、振動している時も、接触界面積ではエバネッセント波を発生しているため、該エバネッセント波を利用して前記第1の発明方法、第2の発明方法で接触界面積を評価することができる。
例えば、測定対象物としてアクリル粘着テープなどの感圧接着剤を用い、該測定対象物に圧力をかけながら光導波路に接着させる場合には、導波路表面への粘着テープの押圧力に応じた接触界面積を分子レベルで評価することもできる。
さらに、画像形成装置に装着される紙送りローラを測定対象部として用い、光導波路材の表面をコピー用紙と同様な性状あるいは紙送りローラが接触するドラム表面等と同様な性状を付与しておくと、紙送りローラの用紙への接触界面積の評価を高精度で得ることができる。
Moreover, the evaluation method of the contact interface area of this invention can also evaluate the contact interface area at the time of the behavior of a measuring object (2nd solid object).
That is, the evaluation can be performed by placing the first solid object to be an optical waveguide and rotating, moving, and vibrating the second solid object to be measured along the surface of the first solid object.
Even when the object to be measured rotates, moves, or vibrates on the optical waveguide in this way, an evanescent wave is generated in the contact interface area. Therefore, the first invention method, The contact interface area can be evaluated by the
For example, when a pressure sensitive adhesive such as an acrylic adhesive tape is used as a measurement object and the pressure is applied to the measurement object, the adhesive is applied to the waveguide surface according to the pressure of the adhesive tape. Interfacial area can also be evaluated at the molecular level.
Further, a paper feed roller mounted on the image forming apparatus is used as a measurement target part, and the surface of the optical waveguide material is given the same property as the copy paper or the same property as the drum surface with which the paper feed roller contacts. And the evaluation of the contact interface area of the paper feed roller to the paper can be obtained with high accuracy.
本発明は、特に、タイヤ回転時における接地面との接触界面積の評価に有効に適用できる。その場合、測定対象物の前記第二固体物をタイヤと同一素材のゴム材料からなるローラとして形成してタイヤ試料とし、該第二固体物を前記第一固体物上で回転させて、タイヤ回転時の接地面積を分子レベルでシミュレーションすることができる。
タイヤと路面との接触による摩擦挙動が最終製品の安全性及び環境負荷性に影響を与える主要な因子になっている。この点から、タイヤの接地面積は静止状態だけでなく、走行時、制動時、駆動時の動的な状態においても重要な評価項目である。したがって、タイヤのトレッド部分を形成する材料で成形したロール状のタイヤ試料をモーターで回転させながら光導波路に圧力をかけて接触させることにより、制動、駆動時、スリップ時等におけるタイヤと接地面との接触界面積の評価は非常に重要なものとなる。
The present invention is particularly applicable to the evaluation of the contact interface area with the ground contact surface during tire rotation. In that case, the second solid object to be measured is formed as a roller made of the same rubber material as the tire to form a tire sample, and the second solid object is rotated on the first solid object to rotate the tire. The ground contact area can be simulated at the molecular level.
Friction behavior due to contact between the tire and the road surface is a major factor affecting the safety and environmental load of the final product. From this point, the ground contact area of the tire is an important evaluation item not only in a stationary state but also in a dynamic state during running, braking, and driving. Therefore, by rotating a tire sample formed of a material that forms the tread portion of the tire with a motor while applying pressure to the optical waveguide and bringing it into contact, the tire and the ground contact surface during braking, driving, slipping, etc. Evaluation of the contact interface area is very important.
さらに、前記第二固体物とするタイヤ試料と接触させる光導波路となる前記第一固体物の表面を、乾燥状態、湿潤状態、氷結状態としておくと、乾燥路面、湿潤路面、氷結路面におけるタイヤ回転時の接地面積を分子レベルでシミュレーションすることもできる。 Further, when the surface of the first solid object that becomes an optical waveguide to be brought into contact with the tire sample as the second solid object is in a dry state, a wet state, and an icing state, the tire rotates on the dry road surface, the wet road surface, and the icing road surface. It is also possible to simulate the ground contact area at the molecular level.
第3の発明として、前記した記載の接触界面積の評価方法に用いる評価装置を提供している。該評価装置は、光源と、前記光源から光が入射されると共に測定対象となる前記第二固体物が接触される光導波路材と、前記光導波路材からの出射光を検出する検出器と、前記検出器で検出された出射光強度と入射光強度とを比較演算して接触界面積の割合あるいは/および絶対値を求める演算手段を備えていることを特徴とする。 As 3rd invention, the evaluation apparatus used for the evaluation method of the above-mentioned contact interface area is provided. The evaluation apparatus includes a light source, an optical waveguide material into which light is incident from the light source and in contact with the second solid object to be measured, a detector that detects light emitted from the optical waveguide material, Computation means is provided for calculating the ratio or / and absolute value of the contact interface area by comparing and calculating the intensity of the emitted light and the intensity of the incident light detected by the detector.
前記光源としては、エバネッセント波を発生させ、かつ検出器で検出できる強度があれば、特に限定されないが、可視、赤外光のレーザー光源、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、パルスレーザーなどが好適に用いられる。
前記光導波路材は、入射光に対して透明であれば、特に限定されず、有機あるいは/及び無機ガラスを用いることができ、導波路の厚さとしては、10mm〜20mmであることが好ましい。
前記検出器としては、測定精度が保障され、目的に合っていれば特に限定されるものではなく、光電子倍増管やCCDカメラが好適に用いられる。また、必要に応じて、分光器、干渉計、フィルターなどを用いてもよい。
The light source is not particularly limited as long as it has an intensity capable of generating an evanescent wave and detected by a detector, but a visible or infrared laser light source, a xenon lamp, a halogen lamp, a mercury lamp, a pulse laser, or the like is preferable. Used for.
The optical waveguide material is not particularly limited as long as it is transparent to incident light, and organic or / and inorganic glass can be used. The thickness of the waveguide is preferably 10 mm to 20 mm.
The detector is not particularly limited as long as the measurement accuracy is guaranteed and suits the purpose, and a photomultiplier tube or a CCD camera is preferably used. Moreover, you may use a spectroscope, an interferometer, a filter, etc. as needed.
さらに、前記測定対象となる第二固体物を、光導波路材となる前記第一固体物の表面に摺接させながら回転、移動あるいは振動させる手段と、第二固体物に第一固体物に対して所要の荷重を負荷して接触させる手段を備えていることが好ましい。
前記した評価装置を用いると、前記タイヤ試料を用いて、タイヤの回転時、制動時、スリップ時等の多様な動的状態での接地面との接触界面積の評価を行うことができる。
Furthermore, means for rotating, moving or vibrating the second solid object to be measured while sliding on the surface of the first solid object to be the optical waveguide material, and the second solid object to the first solid object It is preferable to provide means for applying a required load and bringing it into contact.
By using the above-described evaluation device, it is possible to evaluate the contact interface area with the ground contact surface in various dynamic states such as when the tire rotates, when braking, and when slipping, using the tire sample.
さらにまた、光導波路材となる第一固体物を回転あるいは/および移動させる手段を備えていることにより、第一固体物と第二固体物が相対的に運動している状態の接触界面積の評価をすることもできる。ここで、光導波路材となる第一固体物を移動させるとは、測定対象となる第二固体物に対して相対的に運動させることを意味し、第一固体物および第二固体物を共に運動させてもよいし、第一固体物のみを運動させてもよい。運動の様式としては、例えば、回転、並進、あるいは振動が挙げられる。第二固体物と相対的な運動を円滑に行うためには、例えば、円柱状の第一固体物と円柱状の第二固体物を互いに回転させながら摺接させる方法や、第一固体物を円板状にして回転させ、その回転面上で円柱状の第二固体物を回転させながら第一固体物と摺接させる方法により、相対的に運動している状態での接触界面積を評価することができる。また、場合によっては、第二固体物を光導波路材である第一固体物に定置した状態で、第一固体物を並進させることによっても、相対的な運動条件下での接触界面積の評価も行うことができる。 Furthermore, by providing means for rotating or / and moving the first solid material that becomes the optical waveguide material, the contact interface area in a state in which the first solid material and the second solid material are moving relatively is provided. You can also evaluate. Here, moving the first solid object that is the optical waveguide material means that the first solid object and the second solid object are both moved relative to the second solid object to be measured. It may be moved, or only the first solid object may be moved. Examples of the motion mode include rotation, translation, and vibration. In order to smoothly move relative to the second solid object, for example, a method of sliding the cylindrical first solid object and the cylindrical second solid object while rotating each other, Evaluate the contact interface area in a relatively moving state by rotating in a disk shape and sliding the cylindrical second solid object on the rotating surface while sliding on the first solid object. can do. In some cases, the contact interface area under relative motion conditions can also be evaluated by translating the first solid object in a state where the second solid object is placed on the first solid object that is the optical waveguide material. Can also be done.
本発明の接触界面積の評価方法において、接触界面積の絶対値を求める場合には、光導波路に光を入射する光源と、出射光を検出する検出器の種類等に依存するが、例えば、光源に赤外光を用いる場合には、レファレンスとして、面積既知の光導波路上に測定対象物と類似した基本骨格を有する液状の分子を塗布しておき、該基本骨格の吸収波長における出射光強度を測定することにより、その吸光度を求め、後で測定対象である試料に対して同様の測定を行うことにより、既知面積及び試料とレファレンスの吸光度の比から、測定対象の試料と導波路との接触界面積の絶対値を求めることが可能である。
また、濃度既知の蛍光物質の溶液を面積既知の光導波路上に塗布しておき、その蛍光強度と接触界面積の関係から検量線を作成することにより、測定対象の試料と光導波路との接触界面積の絶対値を求めることもできる。
In the contact interface area evaluation method of the present invention, when determining the absolute value of the contact interface area, depending on the light source that enters the optical waveguide and the type of detector that detects the emitted light, for example, When infrared light is used as a light source, as a reference, liquid molecules having a basic skeleton similar to the object to be measured are coated on an optical waveguide with a known area, and the emitted light intensity at the absorption wavelength of the basic skeleton is applied. By measuring the absorbance of the sample to be measured, and then performing the same measurement on the sample to be measured later, the known area and the ratio of the absorbance of the sample to the reference can be used to determine the difference between the sample to be measured and the waveguide. It is possible to determine the absolute value of the contact interface area.
In addition, a solution of a fluorescent substance with a known concentration is applied to an optical waveguide with a known area, and a calibration curve is created from the relationship between the fluorescence intensity and the contact interface area, so that the sample to be measured is brought into contact with the optical waveguide. The absolute value of the interfacial area can also be obtained.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光導波路となる第一固体物に光を入射させ、該第一固体物と接触させる第二固体物との接触面で全反射させる際に第二固体物側に染み出るエバネッセント波を利用して接触界面積を評価しており、第1の発明では、エバネッセント波を吸収することにより、また、第2の発明ではエバネッセント波を特定光の出射光とすることで、光導波路から出射光を検出することにより、接触界面積を分子レベルで高精度に評価することができる。 As is clear from the above description, according to the present invention, when light is incident on the first solid object to be the optical waveguide and totally reflected at the contact surface with the second solid object to be brought into contact with the first solid object. The contact interface area is evaluated using an evanescent wave that oozes out to the second solid object side. In the first invention, the evanescent wave is absorbed by the evanescent wave. By detecting the emitted light from the optical waveguide, the contact interface area can be evaluated with high accuracy at the molecular level.
また、静止した状態のみならず、動的な状態においても接触界面積を分子レベルで評価することができる。よって、タイヤの回転時、制動時、スリップ時等における接地面との接触界面積の評価も行うことができ、タイヤの性能評価に非常に有益なものとなる。 Further, the contact interface area can be evaluated at a molecular level not only in a stationary state but also in a dynamic state. Therefore, it is possible to evaluate the contact interface area with the ground contact surface during rotation, braking, slipping, etc. of the tire, which is very useful for tire performance evaluation.
第1の発明の評価方法の原理は、前記図1を説明した通りである。
図2に示す第1実施形態では、前記図1を具体例を示すもので、接触界面積の評価装置は、薄板状の透明な光導波路材10と、該光導波路材10にを入射するための光源11と、該光源11からの光を光導波路材10の一端側に臨界角以上の角度θで入射するための対物レンズ12と、光導波路材1の他端側に配置した出射光検出用のCCDカメラ13を備えている。また、光導波路10の上方に測定対象物に所要圧力を負荷する荷重付加器14を設けていると共に、CCDカメラ13と接続された演算器15を備えている。
The principle of the evaluation method of the first invention is as described in FIG.
In the first embodiment shown in FIG. 2, the above-mentioned FIG. 1 is shown as a specific example, and the contact interface area evaluation apparatus is used to enter a thin plate-like transparent
第1実施形態では、光導波路材10の上面に測定対象となるゴムシート20を荷重付加器14で所要の圧力をかけて接触させて、該ゴムシート20の光導波路材に対する接触界面積を評価している。即ち、第一固体物となる光導波路材10からなる第一固体物と、ゴムシート20からなる第二固体物との接触界面積を評価している。
In the first embodiment, the
測定対象のゴムシート20は、光導波路材10とゴムシート20との接触界面Sでゴムシート20側に発生するエバネッセント波R3を吸収するエバネッセント波吸収物質を有するものからなる。なお、ゴムシート20がエバネッセント波吸収物質を備えていない場合には、ゴムシート20の成形時にエバネッセント波吸収物質をゴムシート20の組成物に配合してゴムシート20を成形している。
The
光導波路材10とゴムシート20との接触界面積の評価方法は、前記図1を参照して記載している通りであり、光導波路材1に臨界角以上の角度θで光が入射されると、入射光R1は屈折率の異なるゴムシート20と光導波路材10との界面Sで全反射R2を繰り返しながら光導波路材10内を進む。このとき、全反射した界面Sにはゴムシート20側にエバネッセント波R3が染み出す。このエバネッセント波R3がゴムシート20の吸収物質により吸収される。
其の際、エバネッセント波R3の強度は、界面Sからの距離に対して指数関数的に減衰する弱い光であるので、ゴムシート20と光導波路材10とが界面Sで分子的に接着していない場合には、エバネッセント波R3がゴムシート20の吸収物質で吸収されない。
即ち、接触界面Sでゴムシート20が分子レベルで光導波路材10に接触していると、エバネッセント波がゴムシート20で吸収されるため、出射光強度は低下するが、接触していないと出射光強度は変化しないこととなる。
The method for evaluating the contact interface area between the
At that time, since the intensity of the evanescent wave R3 is weak light that exponentially attenuates with respect to the distance from the interface S, the
That is, if the
光導波路材10の他端からの出射光をCCDカメラからなる検出器13で撮影して、出射光強度を検出し、該検出器13からの検出信号を演算器15へ送信している。
演算器15で入射光強度と検出した出射光強度を比較演算して、接触界面積を割合を割り出している。
The emitted light from the other end of the
The
第2実施形態は、第2の発明の方法で接触界面積を評価している。
測定対象物として第1実施形態とは別のゴムシートを用い、該ゴムシートにエバネッセント波の吸収して、蛍光あるいはりん光を発生する物質を配合している。他の構成は第1実施形態と同様であるため図示を省略する。
エバネッセント波を吸収して蛍光あるいはりん光を発生するゴムシートの場合、エバネッセント波としてゴムシート側い染み出す光りは蛍光あるいはりん光を有する出射光として検出器で検出することができる。よって、検出された蛍光あるいはりん光の光強度からゴムシートが光導波路に分子レベルで接触している接触界面積を求めることができる。
In the second embodiment, the contact interface area is evaluated by the method of the second invention.
A rubber sheet different from that of the first embodiment is used as an object to be measured, and a substance that generates fluorescence or phosphorescence by absorbing evanescent waves is blended in the rubber sheet. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, illustration is omitted.
In the case of a rubber sheet that absorbs evanescent waves and generates fluorescence or phosphorescence, light that penetrates the rubber sheet side as evanescent waves can be detected by a detector as emitted light having fluorescence or phosphorescence. Therefore, the contact interface area where the rubber sheet is in contact with the optical waveguide at the molecular level can be obtained from the detected light intensity of fluorescence or phosphorescence.
図3は第3実施形態を示し、光導波路材10の上面にゴムシート21を接着させると共に、下面に樹脂シート22を接着させ、第2の実施形態と同様に、第2の発明方法でゴムシート21と光導波路材10、樹脂シート22と光導波路材10とのそれぞれの接触界面積を同時に求めている。
ゴムシート21にはエバネッセント波を吸収して蛍光を発生する物質を配合する一方、樹脂シート22にはエバネッセント波を吸収してりん光を発生する物質を配合している。
この第3実施形態では、第2実施形態と同様に、光導波路材10からの出射光を検出器で検出して、蛍光の光強度よりゴムシート21と光導波路材10との接触界面積を求めることができると同時に、りん光の光強度より樹脂シート22と光導波路材10との接触界面積を求めることができる。
FIG. 3 shows a third embodiment, in which a
The
In the third embodiment, similarly to the second embodiment, the light emitted from the
前記第2の発明方法を用いる代わりに、第1実施形態と同様に、光導波路材の上下面に接触させるゴムシートと樹脂シートとに、エバネッセント波吸収物質を付加しておき、第1の発明方法によっても、ゴムシートと光導波路材、樹脂シートと光導波路材とのそれぞれの接触界面積を同時に求めることができる。
即ち、ゴムシートと樹脂シートに付加するエバネッセント波吸収物質は吸収波長を相違させていると共に、光源からゴムシートのエバネッセント波吸収物質で吸収される波長と、樹脂シートのエバネッセント波吸収物質で吸収される波長とからなる異なる波長を有する光を光導波路材に入射している。検出器で前記異なる波長の出射光強度を検出することで、ゴムシートと光導波路材、樹脂シートと光導波路材との接触界面積を同時に求めることができる。
なお、光導波路材の両面に異種材を接触させるのではなく、同一材を接触させ(光導波路材10の両面に同一のゴムシート21を接触させると、検出器側の感度を高めることができる。
Instead of using the method of the second invention, as in the first embodiment, an evanescent wave absorbing material is added to the rubber sheet and the resin sheet that are in contact with the upper and lower surfaces of the optical waveguide material, and the first invention is applied. Also by the method, the contact interface areas of the rubber sheet and the optical waveguide material, and the resin sheet and the optical waveguide material can be simultaneously obtained.
That is, the evanescent wave absorbing material added to the rubber sheet and the resin sheet has different absorption wavelengths, and the wavelength absorbed by the evanescent wave absorbing material of the rubber sheet from the light source and the evanescent wave absorbing material of the resin sheet are absorbed. Light having a different wavelength consisting of the wavelength to be incident on the optical waveguide material. By detecting the emitted light intensity of the different wavelengths with the detector, the contact interface area between the rubber sheet and the optical waveguide material and between the resin sheet and the optical waveguide material can be obtained simultaneously.
Note that the sensitivity on the detector side can be increased by bringing the same material into contact with the both surfaces of the optical waveguide material instead of bringing the same material into contact with the both surfaces of the
図4は第4実施形態を示し、光導波路材10の上面に液状物質23を塗布し、該液状物質23の上面に樹脂シート24を配置している。液状物質23の塗布厚はエバネッセント波がしみ出るようにできるだけ十分に薄いものとしている。
前記液状物質23又は樹脂シート24のいずれかが吸収または蛍光あるいはりん光を示せば、液状物質を介した樹脂シート24の導波路材10の上面への接触面積を求めることができる。液状物質23または樹脂シート24のいずれも入射光に対して不活性の場合には、エバネッセント波を吸収して蛍光またはりん光を発生させる物質を配合してもかまわない。
FIG. 4 shows a fourth embodiment, in which a
If either the
図5は第5実施形態を示し、光導波路材10の上面の左側には測定対象物のゴムシート25を配置し、右側には樹脂シート26を配置し、2枚の測定対象物を光導波路材10上に並列配置している。前記実施形態と同様に、第1の発明方法、あるいは第2の発明方法を用いて、光導波路材10とゴムシート25の接触界面S−3、光導波路材10と樹脂シート26の接触界面S−4のそれぞれの接触界面積をエバネッセント波を利用して求めることができる。
FIG. 5 shows a fifth embodiment, in which a
図6は第6実施形態を示し、測定対象物となる第二固体物をタイヤ試料30として、光導波路材10の上面で回転させ、該回転時における光導波路材10との接触界面積を求めている。
タイヤ試料30はタイヤと同一組成物から円筒状のローラ形状とし、その中空部の回転支軸31を貫通固着し、該回転支軸31をサーボモータ32で所要速度で回転できるようにしている。また、タイヤ試料30には上方に配置した荷重付加器14で所要の圧力をかけて光導波路材10に圧接している。即ち、タイヤ試料30を路面への接地圧に相当する圧力を付加しながら、回転させている。
また、本実施形態では、光導波路材10の他端からの出射光を検出するために、CCDカメラに変えて、分光器18と、該分光器18に接続した光電子倍増管19を用いている。
FIG. 6 shows a sixth embodiment, in which a second solid object to be measured is a
The
In the present embodiment, in order to detect the light emitted from the other end of the
前記タイヤ試料30は、エバネッセント波吸収物質を有しているものとしている。よって、路面に相当する光導波路材10に対するタイヤ試料30の接触界面積は、分光器18で検出し、この検出光を光電子倍増管で光強度を強めて、演算器へ送信して、出射光強度より接触界面積を求めている。
The
前記路面に相当する光導波路材10の表面を湿潤させた状態でタイヤ試料を回転させると、雨天時におけるタイヤの路面への接触界面積をシミュレーションできる。
また、光導波路材10の表面を氷結状態としてタイヤ試料を回転させると、タイヤの氷上での接触界面積をシミュレーションすることができる。
When the tire sample is rotated while the surface of the
Further, when the tire sample is rotated with the surface of the
図7は第7実施形態を示し、光導波路材10’を円柱形状とし、水平配置して軸線回りに回転させている。該光導波路材10’の上面に円柱形状とした第二固体物30’を接触させると共に、該第二固体物30’も軸線回りに回転させ、線接触する回転体同士の接触界面積を評価している。
前記第二固体物30’はエバネッセント波吸収物質を有するものである。
他の構成および作用は他の前記実施形態と同様であるため説明を省略する。
FIG. 7 shows a seventh embodiment, in which the
The second solid material 30 'has an evanescent wave absorbing material.
Since other configurations and operations are the same as those of the other embodiments, the description thereof is omitted.
図8は第8実施形態を示し、光導波路材10”円板状とし、水平配置して中心回りに回転させている。該光導波路材10”の上面に円柱形状とした第二固体物30”を接触させると共に、該第二固体物30”を軸線回りに回転させ、回転円板と回転円柱との接触界面積を評価している。
前記第二固体物30”はエバネッセント波吸収物質を有するものである。
他の構成および作用は他の前記実施形態と同様であるため説明を省略する。
FIG. 8 shows an eighth embodiment, in which the
The second
Since other configurations and operations are the same as those of the other embodiments, the description thereof is omitted.
なお、光導波路材を回転させる代わりに直線方向に移動させ、該光導波路材と接触する第一固体物を固定、同一方向に速度を変えて移動、逆方向に移動させて、接触界面積を評価することもできる。 Instead of rotating the optical waveguide material, move it in a linear direction, fix the first solid object in contact with the optical waveguide material, change the speed in the same direction, move it in the opposite direction, It can also be evaluated.
「実施例」
図6に示すローラとしたタイヤ試料を測定対象とした実施例1〜6について下記に説明する。
実施例1〜6はいずれも、光源11としてキセノンランプを用い、光ファイバーにて対物レンズへと光を導いた。光ファイバーを出た光は対物レンズとプリズム(光学技研製 LaSF−08,633nm n=1.8785)を通って、光導波路材10内に入射される。光導波路材を通過した光はプリズム、対物レンズを通り、再び光ファイバーへ入り、光ファイバーに繋がれた分光器を経て最終的にCCDカメラ(浜松フォトニクス社製 C7473−36N)により検出した。
"Example"
Examples 1 to 6 in which the tire sample as the roller shown in FIG. 6 is the measurement target will be described below.
In each of Examples 1 to 6, a xenon lamp was used as the
測定対象物のタイヤ試料30とするローラは、下記の成分を表1に示す配合した組成物からなり、これらを混練し、170℃で20分間プレス加硫した成形した。該ローラの直径は20mm、軸方向の長さは50mmとした。
使用した各種薬品は下記の通りである。
ゴム:JSR製 SBR(スチレンブタジエン共重合体)1502
カーボンブラック:昭和キャボット製 ショウブラックN220
老化防止剤:大内新興化学工業製 ノクラック6C
ステアリン酸:日本油脂製 ステアリン酸
硫黄:鶴見化学製 粉末硫黄
加硫促進剤:大内新興化学工業製 ノクセラーNS
The roller to be measured as a
The various chemicals used are as follows.
Rubber: JSR SBR (styrene butadiene copolymer) 1502
Carbon Black: Show Black N220 Showa Cabot
Antiaging agent: Nouchi 6C manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry
Stearic acid: Nippon Oil & Fats Stearate Sulfur: Tsurumi Chemical Powder Sulfur Vulcanization Accelerator: Ouchi Shinsei Chemical Industry Noxeller NS
予備実験として、液状のスチレンブタジエン共重合体(スチレン含量23.5%)を光導波路材11の表面に厚さ50μmで塗布した状態で1502cm−1のベンゼン環骨格の吸収強度lbrを、レファレンスの吸収強度として測定した。
As a preliminary experiment, the absorption intensity lbr of a benzene ring skeleton of 1502 cm −1 with a liquid styrene butadiene copolymer (styrene content 23.5%) applied to the surface of the
ついで、前記直径50mmのゴムローラからなるタイヤ試料30を光導波路材10の上に設置し、荷重付加器14により下記の荷重を順次付加して、光導波路材10に圧接させた。また、タイヤ試料30の回転支軸31をサーボモーター32に連結し、1200rpmの回転速度で回転駆動させた。回転支軸31には三分力計(図示せず)が取り付けられ、軸方向を基準に三方向の力を検出できるようにした。
前記タイヤ試料30には、荷重付加器14で、実施例1では荷重1.0kgf、実施例2では3.0kgf、実施例3では5.0kgfを付加して、前記回転速度で回転させながら、1502cm−1の吸収強度lbrを測定し、下記式(1)により接触界面積の評価を行った。
Next, a
While applying a load of 1.0 kgf in Example 1, 3.0 kgf in Example 2, and 5.0 kgf in Example 3 to the
接触界面積=セルの面積×測定対象物の吸光度/レファレンスの吸光度・・・(1)
前記測定対象物とは試料タイヤのことを指す。
測定は、前記各荷重付加した状態で各3回行い、平均値と標準偏差を求めた。
Contact interface area = cell area × absorbance of measurement object / absorbance of reference (1)
The measurement object refers to a sample tire.
The measurement was performed three times with each load applied, and the average value and standard deviation were obtained.
実施例4〜6では、前記ゴム組成物100重量部に対して、蛍光物質としてペリレン1重量部を配合して混練し、実施例1〜3と同一形状のローラ状のタイヤ試料30を測定対象物として形成した。
実施例4〜6では、予備実験として、アセトンとロ−ダミンBを100:1とした溶液を光導波路材10の表面に塗布して予め波数535cm−1の蛍光強度を測定した。
ついで、試料タイヤ30に対して実施例4では荷重1.0kgf、実施例5では3.0kgf、実施例6では5.0kgfを付加して、前記回転速度で回転させながら、1502cm-1におけるベンゼン環の蛍光強度を測定し、下記式(2)により接触界面積の評価を行った。
In Examples 4 to 6, 1 part by weight of perylene as a fluorescent material was blended and kneaded with 100 parts by weight of the rubber composition, and a roller-shaped
In Examples 4 to 6, as a preliminary experiment, a solution in which acetone and rhodamine B were 100: 1 was applied to the surface of the
Next, a load of 1.0 kgf was applied to the
接触界面積=セルの面積×測定対象物の蛍光強度/レファレンスの蛍光強度・・・(2) Contact interface area = cell area × fluorescence intensity of measurement object / reference fluorescence intensity (2)
実施例1〜6の測定結果を表2に示す。
表2から明らかなように、実施例1〜6ではいずれも、光導波路材10と測定対象物のタイヤ試料との接触界面積を精度よく評価することができた。
特に、実施例4〜6の蛍光物質を測定対象物の試料タイヤに付加した場合には、標準偏差が小さくなり、高精度に接触界面積を評価できることが確認できた。
As is clear from Table 2, in each of Examples 1 to 6, the contact interface area between the
In particular, when the fluorescent materials of Examples 4 to 6 were added to the sample tire of the measurement object, the standard deviation was reduced, and it was confirmed that the contact interface area could be evaluated with high accuracy.
本発明は、接着剤や粘着テープ、各種フィルムや高分子成型材料、タイヤなどの品質維持に関して接触界面積は重要な要素であり、これらの接触界面積を分子レベルで高精度に評価する際に好適に利用できるものである。 In the present invention, the contact interface area is an important element for maintaining the quality of adhesives, adhesive tapes, various films, polymer molding materials, tires, etc., and when these contact interface areas are evaluated at a molecular level with high accuracy. It can be used suitably.
10 光導波路材(第一固体物)
11 光源
12 対物レンズ
13 CCDカメラ
18 分光器
19 光電子倍増管
20 ゴムシート(第二固体物)
30 タイヤ試料(第二固体物)
R1 入射光
R2 全反射光
R3 エバネッセント波
R4 出射光
S(S−1、S−2…) 界面
10 Optical waveguide material (first solid material)
DESCRIPTION OF
30 Tire sample (second solid)
R1 Incident light R2 Total reflection light R3 Evanescent wave R4 Outgoing light S (S-1, S-2 ...) Interface
Claims (11)
前記第一固体物と前記第二固体物との接触界面で入射光が全反射する時に、該第二固体物が固有するエバネッセント波吸収物質あるいは該第二固体物に付加するエバネッセント波吸収物質により、該第二固体物側に発生するエバネッセント波を吸収させて入射光強度に対して出射光強度を減衰させ、該出射光強度を検出して、第一固体物と第二固体物との接触界面積を評価することを特徴とする接触界面積の評価方法。 Contact between the first solid object serving as an optical waveguide and the second solid object contacting the first solid object with a contact interface area between at least two types of the first solid object and the second solid object having different optical refractive indexes. Evaluates using the evanescent wave generated at the interface,
When incident light is totally reflected at the contact interface between the first solid object and the second solid object, an evanescent wave absorbing material inherent to the second solid object or an evanescent wave absorbing material added to the second solid object. The evanescent wave generated on the second solid object side is absorbed to attenuate the emitted light intensity with respect to the incident light intensity, and the emitted light intensity is detected to contact the first solid object and the second solid object. A method for evaluating a contact interface area, wherein the interface area is evaluated.
前記第二固体物にエバネッセント波の有する波長に対して特定光を発する物質を付加しておき、
前記第一固体物と前記第二固体物との接触界面で入射光が全反射する時に、該第二固体物側に発生するエバネッセント波を特定光として放出させ、
放出光から前記特定光を検出して、前記第一固体物と第二固体物との接触界面積を評価することを特徴とする接触界面積の評価方法。 Contact between the first solid object serving as an optical waveguide and the second solid object contacting the first solid object with a contact interface area between at least two types of the first solid object and the second solid object having different optical refractive indexes. Evaluates using the evanescent wave generated at the interface,
A substance that emits specific light with respect to the wavelength of the evanescent wave is added to the second solid object,
When incident light is totally reflected at the contact interface between the first solid object and the second solid object, the evanescent wave generated on the second solid object side is emitted as specific light,
A method for evaluating a contact interface area, wherein the specific light is detected from emitted light, and a contact interface area between the first solid object and the second solid object is evaluated.
あるいは前記第一固体物の一面側に前記第二固体物を接触させると共に該第一固体物の他面側に第三固体物を接触させ、
前記第一固体物と第二固体物との接触界面積、
あるいは第一固体物と第二固体物の接触界面積と第一固体物と第三固体物との接触界面積とを同時に評価している請求項1乃至請求項3に記載の接触界面積の評価方法。 Contacting the second solid object on both sides of the first solid object;
Alternatively, the second solid material is brought into contact with one surface side of the first solid material and the third solid material is brought into contact with the other surface side of the first solid material,
A contact interface area between the first solid and the second solid,
Alternatively, the contact interface area of the first solid object and the second solid object and the contact interface area of the first solid object and the third solid object are simultaneously evaluated. Evaluation methods.
前記第一固体物と第二固体物の接触界面積と、第二固体物と第三固体物との接触界面積とを同時に評価する請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の接触界面積の評価方法。 The third solid material is brought into contact with the other surface of the second solid material whose one surface is in contact with the first solid material, and the first solid material, the second solid material, and the third solid material are laminated,
The contact interface area between the first solid material and the second solid material and the contact interface area between the second solid material and the third solid material are simultaneously evaluated. Evaluation method of contact interface area.
光源と、
前記光源から光が入射されると共に、測定対象となる前記第二固体物が接触される薄板状の光導波路材と、
前記光導波路材からの出射光を検出する検出器と、
前記検出器で検出された出射光強度と入射光強度とを比較演算して接触界面積の割合あるいは/および絶対値を求める演算手段と
を備えていることを特徴とする接触界面積の評価装置。 An evaluation apparatus for use in the method for evaluating a contact interface area according to any one of claims 1 to 8,
A light source;
A thin plate-shaped optical waveguide material in which light is incident from the light source and the second solid object to be measured is contacted;
A detector for detecting light emitted from the optical waveguide material;
A contact interface area evaluation device comprising: a calculation means for calculating a ratio or / and an absolute value of the contact interface area by comparing and calculating the intensity of the emitted light and the intensity of the incident light detected by the detector. .
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