JP2014198559A - 接着構造体及びそれを用いた水中移動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】接着構造体1は、基部2と、該基部2上に形成される複数の突起3Aからなる気泡保持部3とを備え、気泡保持部3は水中で気泡9を保持するものであって、気泡保持部3は接着構造体1が挿入される液体5に対して接触角が大きい材料からなり、突起3Aの長さは、接着構造体1が気泡9を保持している状態で、気泡9から突出しない長さに設定されており、接着構造体1が水5中の下部に配設された物体6上に載置されると共に、気泡保持部3側の面2Aを物体6に対向させる状態であることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
さらに、好ましくは気泡保持部3に気泡となる気体を送出する送風手段を備えている。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る接着構造体1を模式的に示す図であり、それぞれ、(A)は斜視図、(B)は(A)のI-I線に沿う断面を示している。
図1に示すように、接着構造体1は、基部2と基部2上に形成された気泡保持部3とから構成されている。基部2と気泡保持部3は、接着構造体1が挿入される液体5に対して接触角の大きい材料からなる。液体5が水や海水の場合には、接着構造体1の材料は撥水性が高い樹脂を使用することができる。撥水性が高い材料の水5に対する接触角は大凡90°以上である。
先ず、図2に示すように、接着構造体1を水5中の下部に配設された物体6上に載置する。ここでは、説明のため物体6は基板であるとする。接着構造体1は、気泡保持部3側の面を物体6に対向させるようにして、物体6の平坦な面上に載せられる。
次に、接着構造体1の気泡保持部3と基板6との間の領域、つまり空間7へ送風手段8によって気体8Aを送り込む。
これにより、気泡保持部3と基板6との間の領域に泡、つまり気泡9が形成される。気体8Aは例えば空気である。送風手段8は、例えば注射器や送風用ポンプを使用することができる。接着構造体1の気泡保持部3と基板6との間に生じる気泡9によって接着構造体1と基板6とが接着される。つまり、接着構造体1と基板6とは、気泡保持部3内の気泡9によって接着されている。本発明では、気泡9を気泡保持部3によって保持する接着構造体1を接着側と呼び、接着構造体1が接着する対象物である基板6を被着側とも称する。
図3(A)から図3(C)に示すように、接着側を表面に対して垂直に引いた時、気泡9の体積が増加する。気泡9の体積増加により内部圧力は減少し付着力が増加する。接着側の表面2Aと接触する気泡9の端部9Aは、内部圧力減少を緩和させる方向、つまり図中の矢印Pで示すように移動する。図3(B)及び図3(D)は、突起3Aの最も外側の様子を示しており、突起3A間を結ぶ実線が気泡9の端部9Aである。
これにより、気泡保持部3は気泡9を接着側に固定するのみならず、圧力減少による端部9Aの変移を抑える役割を果たしている。この際、気泡9の端部9Aの変移は、被着側の表面エネルギーないしは表面の濡れ性に影響される。
図4(A)及び(B)は、何れも、気泡9が接着側の母体、つまり、接着構造体1の基部2と被着側とに接触していないので、気泡9による接着力は低く、望ましくない。
図5は、接着構造体1の外部から気泡9を供給する方法を説明するための図であり、それぞれ、(A)は単一の空気供給口を用いる場合、(B)は複数の空気供給口を用いる場合を示している。
図5(A)に示す送風手段8は、単一の空気供給口から接着構造体1の気泡保持部3へ気泡9を供給するので、比較的面積の小さい接着構造体1に適している。
一方、図5(B)に示す送風手段8は、複数の空気供給口から接着構造体1の気泡保持部3へ気泡9を供給するので、比較的面積の大きい接着構造体1に適している。
図6は、基板6の外部から気泡9を供給する別の方法を説明するための図であり、(A)は疎水性の基板6上に送風手段8で気泡9を供給している状態を、(B)は(A)の気泡9が付着された基板6に接着構造体を載置させた状態を示す。
図6(A)に示すように、水中に置かれた疎水性の基板6上に送風手段8としてピペットを用い、気泡9を基板6の表面に付ける。
次に、図6(B)に示すように、気泡9が付着した基板6の表面に接着構造体1を接触させる。このとき、基板6側の気泡を接着構造体1の接着側の表面2Aに接触させる。これにより、気泡9を接着構造体1の突起3Aの間に固定し、接着構造体1を基板6に固定できる。さらに、接着構造体1を基板6から剥がし、気泡9を基板6から接着構造体1に移動させることもできる。
図7(A)に示すように、接着構造体1の基部2は接着構造体1に固定される構造物12に配設されている。送風用の通路14は、接着構造体1の構造物12から基部2を貫通するように配設されている。空気は、送風手段8から送風用の単一の通路14を介して気泡保持部3に供給され気泡9が形成されるので、比較的面積の小さい接着構造体1に適している。
一方、図7(B)では、接着構造体1の基部2には複数の送風用の通路14が配設されている。空気は、送風手段8から送風用の複数の通路14を介して気泡保持部3に供給されて複数の気泡9が形成されるので、比較的面積の大きい接着構造体1に適している。
図8は、接着構造体1を用いて構造物12を水中で固定する場合の応用例1を説明するための図であり、(A)は接着構造体1の接着面積の小さい場合、(B)は接着構造体1の接着面積の大きい場合を示している。
図8(A)及び(B)に示すように、接着構造体1の基部2は構造物12の下部に固定するように配設されており、水5中の基板6に気泡9を介して接着されている。
図8(A)に示す接着構造体1は、構造物12の取付位置の寸法と同じ寸法に構成されており、図8(B)に示す接着構造体1は、構造物12の取付位置の寸法よりも大きく形成されている。この場合、図8(B)に示す接着構造体1では、図8(A)に示す接着構造体1よりも、構造体6に対する付着力を大きくすることができる。このように、基部2や気泡保持部3の大きさは、水5中の基板6に接着させる構造物12の大きさに応じて決めればよい。
図9は、構造物の基板接着面積の小さい接着構造体を用いた構造物の応用例2を示す断面図であり、(A)は接着前、(B)は接着構造体の基板6への移動、(C)は基板6から接着構造体を剥がしているところを示している。
図9(A)に示すように、接着構造体1を用いた構造物12において、気泡保持部3に気泡9を形成する。
図11は、接着構造体1を用いた構造物12の応用例3を示す図であり、(A)は正面図、(B)は側面図である。
図11に示すように、接着構造体1を用いた構造物12は、楕円形状の構造物12が複数の脚部16を介して接着構造体1に接続されている。これにより、立体形状の構造物12を、液体中の基板6に接着することができる。つまり、立体形状の構造物12を、接着構造体1を介して液体中の基板6に固定することができる。さらに、上記した構造物12の基板6への接着と剥離を繰り返して行うことによって、構造物12を基板6の表面上で移動させることが可能となる。
図12は、接着構造体1の気泡保持部3の変形例を示す部分図であり、それぞれ、(A)は変形例1の上面図、(B)は(A)の側面図、(C)は変形例2の上面図、(D)は(C)の側面図、(E)は変形例3の上面図、(F)は(E)の側面図を示している。
図12(A)及び(B)に示す接着構造体1は、屈折している細長い突起3Aの先端に突起3Aの長さ方向と異なる方向へ延出した延長部3Bを有する。この延長部3Bは接着表面6Aに平行な突片として形成されている。
図12(C)、(D)に示す接着構造体1は、延長部3Bが針先状に形成されている。図12(E)、(F)に示す接着構造体1は、延長部3Bが雨滴型に形成されている。なお、図12(C)〜(F)に示す接着構造体1では、突起3Aが傾斜して形成されている。
本発明の第2の実施形態に係る接着構造体1を用いた水中移動装置20について説明する。
図13は、本発明の第2の実施形態に係る接着構造体1を用いた水中移動装置20の模式図であり、それぞれ(A)は正面図、(B)は側面図を示している。
図13に示すように、接着構造体1を用いた水中移動装置20は、車両と類似の構造を有しており、シャーシ21上に配設される2つの車軸22と、この2つの車軸22の両端に接続される4つの車輪23と、この4つの車輪23のそれぞれの表面全面に配設される接着構造体1と、これらの接着構造体1に気泡9となる気体8Aを送出する送風手段8等から構成されている。
図13(A)に示すように、水中移動装置の接着構造体1の気泡保持部3に送風手段8から気泡9が供給されることによって、4つの車輪23の基板6との接触部は、基板6に接着される状態となる。
さらに、図13(B)に示すように、車軸22が進行方向に回転すると、接着構造体1の気泡保持部3において、基板6に接触していない部分は剥離するので、車輪23の進行と共に気泡保持部3は基板6上を回転移動する。
本発明の第2の実施形態に係る接着構造体1を用いた水中移動装置の変形例1について説明する。
図14は、水中移動装置変形例20Aの動作を示す模式図であり、それぞれ(A)は正面図、(B)は側面図である。
図14に示すように、この水中移動装置20Aが図13の水中移動装置20と異なるのは、図13の車輪23に部分的に接着構造体1を設けた点にある。つまり、本実施形態では、車輪23の外周に複数の接着構造体の端部が、車輪23の表面に固定されて取り付けられている。
図14(B)に示すように、接着構造体1が進行方向に回転すると、接着構造体1の進行と共に気泡保持部3は基板6上で接着しつつ移動する。
本発明の第2の実施形態に係る接着構造体1を用いた水中移動装置20Bの変形例について説明する。
図15は、水中移動装置の変形例20Bの動作を示す模式図であり、それぞれ(A)は正面図、(B)は側面図である。
図15に示すように、この水中移動装置が図13の水中移動装置20と異なるのは、図13の車輪23の代わりにキャタピラー25を用いた点にある。このキャタピラー25のベルト25Aが接着構造体1で構成され、ベルト25Aの表面から複数の突起3Aが突出しており、この突起3Aによって気泡9がベルト表面に保持される。図15(B)に示すように、キャタピラー25が進行方向に回転すると、キャタピラー25の進行と共に気泡保持部3は基板6上を回転移動する。
接着構造体1を用意した。接着構造体1は、シリコーンラバーからなり、基部2のサイズは18mm×18mmで厚さは2mmである。
図16は、基部2上に形成された気泡保持部3の模式的な拡大断面図であり、図17は、基部2上に形成された気泡保持部3の拡大斜視図である。
図16及び図17に示すように、気泡保持部3は、直径が600μmで長さが2.4mmの針形状を有しており、例えば1.5mm間隔で配設されている。突起3Aの先端の曲率半径は、210μmである。気泡保持部3の間隔を変えることによって、気泡保持部3の基部2に対する密度を変えた。
図19に示すように、基部2上に形成された気泡保持部3の内側に気泡9が形成されていることが分かる。このような気泡9の1つの体積は、0.1ml(10―4リットル)、0.2ml、0.3ml、0.4ml程度とした。
ここで、接着構造体1を基板6の垂直方向に引くと、気泡9による吸着力を検出することができる。接着構造体1を繰返し基板6と接触させても、気泡9の位置は変化せず、その都度吸着力を発揮することを確認した。
接着力は、力センサーを用いて測定した。具体的には、基板6に対して垂直方向に接着構造体1を引いて接着力を測定した。力センサーの測定値から気泡9が無いとき、つまり気泡の体積がゼロのときの接着構造体1の重さを引き、気泡の浮力を加算した力を、接着構造体1の基板6に対する接着力とした。
図20から明らかなように、接着構造体1の基板6への付着力は、気泡保持部3に形成される気泡9の体積に比例して、1.4mN〜9.8mNとなり、気泡9の体積の増加に伴い直線的に接着力が増加することが分かった。
図21は、基板6の水5に対する接触角と基板6を接着したときの付着力との関係を示す図である。図21の横軸は接触角(°)を、縦軸は付着力(mN)を示している。基板6としては、AQUACERコート層付きポリカーボネート板(接触角20°〜30°)、ガラス板(接触角40°)、ポリスチレン(接触角98°)、低粘度メタクリレート樹脂板(接触角104°)、LIPOCERコート層付きポリカーボート板(接触角106°)を使用し、これらの基板6に実施例の接着構造体1を接着した。
図21から明らかなように、接着構造体1の基板6への付着力は、水滴の接触角に依存しており、接触角が大きいほど、特に90°以上のポリスチレン、低粘度メタクリレート樹脂板、LIPOCERコート層付きポリカーボート板の場合には付着力が高くなることが判明した。
実施例の基部2単体を比較例とした。つまり、比較例は、接着構造体1の基板6から気泡保持部3を除去した基板6の単体である。この比較例では、気泡9を吹き付けても比較例と基板6との間には吸着力は検出されず、気泡9の位置も変化することが判明した。
2:基部
2A:表面6A
3:気泡保持部
3A:突起
5:水
6:基板
6A:表面
7:空間
8:送風手段
8A:気体
9:気泡
9A:端部
12:構造物
14:送風用の通路
16:脚部
20,20A,20B:水中移動装置
21:シャーシ
22:車軸
24:車輪
25:キャタピラー
Claims (7)
- 基部と、該基部上に形成される複数の突起からなる気泡保持部とを備え、前記気泡保持部が水中で気泡を保持するように構成された接着構造体であって、
前記気泡保持部は前記接着構造体が挿入される液体に対して接触角が大きい材料からなり、
前記突起の長さは、前記接着構造体が前記気泡を保持している状態で、前記気泡から突出しない長さに設定されており、
前記接着構造体が、前記水中の下部に配設された物体上に載置されると共に、前記気泡保持部側の面を前記物体に対向させる状態であり、
前記気泡保持部が水中で気泡を保持する状態は、前記基部の前記気泡保持部が形成される側の表面、前記気泡保持部の突起、そして前記物体の表面で囲まれた空間に前記気泡が保持されることを特徴とする、接着構造体。 - さらに、前記基部の前記気泡保持部が形成される側の表面は、前記接着構造体が接する側の前記物体の表面よりも、疎水性の高い素材で作製されることを特徴とする、請求項1に記載の接着構造体。
- さらに、前記気泡保持部に気泡となる気体を送出する送風手段を備えたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の接着構造体。
- 請求項1〜3の何れかに記載の接着構造体を用いたことを特徴とする、構造物。
- 請求項1〜3の何れかに記載の接着構造体を用いたことを特徴とする、水中移動装置。
- 前記接着構造体が、車輪に配設されていることを特徴とする、請求項5に記載の水中移動装置。
- 前記接着構造体が、キャタピラーに配設されていることを特徴とする、請求項5に記載の水中移動装置。
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