JP3178773U - 接触角計 - Google Patents

Abstract

【課題】滑落法による各種測定を簡便に行うことが可能な接触角計を提供する。
【解決手段】接触角計１は、レンズ鏡胴３６を備え、試料２上の液滴４を側方から撮影する撮像装置３０と、レンズ鏡胴３６の周方向に回動自在に配置される回動部材６０と、回動部材６０に配置され、試料２を保持するステージ２０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本考案は、固体表面に対する液体のぬれ性を示す指標として用いられる接触角を測定する接触角計に関する。

従来、固体表面における液体の接触角は、一般的に平板状の固体試料上に所定量の液体試料を滴下して側方から撮影することにより測定されている。すなわち、固体試料上の液滴を側方からＣＣＤカメラ等の撮像装置により撮影し、これにより得られた液滴の側面画像に基づいて、液滴が固体試料表面と接する部分の角度を算出する（例えば、特許文献１参照）。この方法で測定される接触角は、固体表面に対し液体が静止している状態での接触角であるため、静止接触角と呼ばれることもある。

一方、例えばスピンコートや遠心脱水等の分野においては、固体表面に対して液体が相対的に移動する、すなわち固液界面が移動する状態でのぬれ性を評価する必要があり、このような場合に使用される指標として動的接触角がある。この動的接触角には、固液界面の進行方向側（前方側）における接触角である前進接触角と、進行方向の反対側（後方側）における接触角である後退接触角との２種類の接触角がある。

動的接触角の測定方法の１つとして、固体試料を傾斜させて液滴を固体表面上で滑らせる滑落法（転落法）が従来知られている。この滑落法によれば、前進接触角および後退接触角の測定に加え、液滴が滑落を開始する固体試料の傾斜角度である滑落角（転落角）を測定することが可能であり、さらに、滑落時の液滴の速度や挙動等を測定することで、物体の表面や界面に関してより多くの有益な情報を取得することが可能となる。従って、既存の接触角計には、滑落法による測定を可能とするためのオプションキットが用意されているものが存在している（例えば、非特許文献１または２参照）。

特開２００２−２７７３７３号公報

三洋貿易株式会社、"自動接触角計ＤＳＡ１００ 転落角測定モデル"、［平成２４年７月４日検索］、インターネット<URL:http://www.sanyo-kruss.com/products01/DSA100.html> 英弘精機株式会社、"自動接触角測定装置 転落角ユニット"、［平成２４年７月４日検索］、インターネット<URL:http://www.eko.co.jp/eko/c/c09-dp_sita/dp/c090101-OCA/index.html>

滑落法による測定において、固体試料を撮像装置とは独立して回動させ、これにより固体試料を傾斜させるようにした場合、回動に伴って撮像装置に対する固体試料および液滴の相対的位置が変化することとなるため、撮像装置の視野内に液滴を収めておくのが難しく、測定中に煩雑な位置調整が必要となるという問題があった。

また、滑落角を測定する場合には、固体試料を回動させて傾斜角度を徐々に増加させ、液滴が滑落し始めたときの傾斜角度を取得する必要があるところ、液滴の滑落による移動を固体試料の回動に伴う移動とは分離して検出することが難しいという問題があった。特に、固体試料の回動中心の位置を画像上で正確に特定することが難しいため、回動に伴う液滴の移動を高精度に予測することは困難であった。

このため、非特許文献１または２に示される従来の接触角計におけるオプションキットでは、接触角計全体を回動させて傾斜させるようにしている。すなわち、固体試料と撮像装置を共に回動させることにより、回動に伴って固体試料および液滴と撮像装置との相対的な位置関係が変化しないようにしている。

しかしながら、このような従来のオプションキットは、接触角計全体を傾斜させることから大がかりな装置とならざるを得ないため、取り扱いが困難になると共に、設置場所が限定されるものとなっていた。

本考案は、斯かる実情に鑑み、滑落法による各種測定を簡便に行うことが可能な接触角計を提供しようとするものである。

（１）本考案は、レンズ鏡胴を備え、試料上の液滴を側方から撮影する撮像装置と、前記レンズ鏡胴の周方向に回動自在に配置される回動部材と、前記回動部材に配置され、前記試料を保持するステージと、を備えることを特徴とする、接触角計である。

（２）本考案はまた、前記回動部材は、前記レンズ鏡胴を支軸として回動自在に支持されることを特徴とする、上記（１）に記載の接触角計である。

（３）本考案はまた、前記回動部材の回動中心は、前記レンズ鏡胴に収容された光学系の光軸と略一致することを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の接触角計である。

（４）本考案はまた、前記ステージは、前記試料の前記液滴が形成される面を前記回動部材の回動中心に対して近接離隔させる昇降機構を備えることを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の接触角計である。

（５）本考案はまた、前記ステージは、前記回動部材の回動中心と略平行な面内において前記試料を移動させる移動機構を備えることを特徴とする、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の接触角計である。

（６）本考案はまた、前記ステージは、前記回動部材の回動中心と略直交する面内において前記試料を移動可能に構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の接触角計である。

本考案に係る接触角計によれば、滑落法による各種測定を簡便に行うことが可能という優れた効果を奏し得る。

（ａ）本考案の実施の形態に係る接触角計の概略正面図である。（ｂ）接触角計の概略平面図である。 （ａ）および（ｂ）回動部材の回動の様子を示した概略図である。 （ａ）〜（ｄ）接触角計による接触角等の測定手順を示した図である。 接触角計による接触角等の測定手順を示した図である。 （ａ）円筒状の支軸の内側にレンズ鏡胴を挿入するようにした場合の一例を示した概略正面図である。（ｂ）支持部材を省略するようにした場合の一例を示した概略正面図である。 回動部材の回動範囲を拡大した場合の一例を示した概略図である。

以下、本考案の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

まず、本考案の実施の形態に係る接触角計１について説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係る接触角計１の概略正面図であり、同図（ｂ）は、接触角計１の概略平面図である。本実施形態の接触角計１は、固体試料２上に滴下した液体試料の液滴４を側方から撮像し、接触角等を測定するものである。

接触角計１は、これらの図に示されるように、基台１０と、基台１０の略中央部に配置されたステージ２０と、基台１０の一端側（図の右側）に配置された撮像装置３０と、基台１０の他端側（図の左側）に配置された照明装置４０と、ステージ２０の上方に配置されたディスペンサ５０と、基台１０の略中央部に回動自在に配置され、ステージ２０を支持する回動部材６０と、回動部材６０を駆動する駆動機構７０と、コンピュータ８０と、を備えている。

基台１０は、撮像装置３０、照明装置４０、ディスペンサ５０および回動部材６０等を支持する部材である。基台１０は、高さ調整機構を備えた脚部１２を備えており、自身の水平度を調整することが可能となっている。また、基台１０の上部には、必要に応じて装置全体を覆うカバーを取り付けることが可能となっており、温度や湿度等、測定雰囲気の状態を略一定に保つことができるようになっている。

ステージ２０は、固体試料２が測定面２ａを上にした状態で載置面２２上に載置される所謂ＸＹＺステージである。ステージ２０は、固体試料２を載置面２２と略平行な面内において互いに直交する２方向に移動させる移動機構２４と、固体試料２を載置面２２と略直交する方向に移動（昇降）させる昇降機構２６と、を備えており、コンピュータ８０に制御されて固体試料２を移動させる。また、図示は省略するが、ステージ２０は、挟持、締結、係合または吸着等の既知の手法により固体試料２を載置面２２に固定して保持する固定部材を備えている。

移動機構２４および昇降機構２６は、それぞれステッピングモータおよびボールねじ伝動機構等の既知の構造により、所定の移動範囲にわたって固体試料２を移動可能、且つ移動範囲内の任意の位置で停止可能に構成されている。すなわち、ステージ２０は、固体試料２を３次元的に移動させることで、固体試料２および液滴４を適宜の位置に配置するように構成されている。なお、固体試料２の形状は、特に限定されるものではなく、測定面２ａを有する形状であればよい。

撮像装置３０は、ステージ２０上に載置された固体試料２上の液滴４を側方から撮影するものであり、本実施形態ではＣＣＤカメラから構成されている。撮像装置３０は、撮像素子等を収容する本体部３２と、光学系（レンズ群）３４を収容する略円筒状のレンズ鏡胴３６と、を備えており、このレンズ鏡胴２６を略水平にしてステージ２０に向けた状態で配置されている。従って、撮像装置３０の光学系２４の光軸ＯＡは、略水平方向となっている。

撮像装置３０は、基台１０上に設けられた支柱１４に本体部３２が固定されることで、基台１０上に配置されている。なお、詳細は後述するが、本実施形態では、撮像装置３０のレンズ鏡胴３６を、回動部材６０を回動自在に支持する支軸として兼用するようにしている。このため、本実施形態では、レンズ鏡胴３６を支持する支持部材１４を別個に設けることで、撮像装置３０にかかる負荷を軽減するようにしている。

照明装置４０は、撮像装置３０によって固体試料２上の液滴４を撮影する場合に液滴４を背後から照明するものである。照明装置５０は、例えばハロゲンランプやＬＥＤ等の光源を備え、ステージ２０上の固体試料２および液滴４に向けて光を放射するように構成されている。

ディスペンサ５０は、支柱１４から略水平方向に突設されたアーム１８に配置されており、上方から固体試料２上に液体試料を滴下して液滴４を形成するものである。ディスペンサ５０は、既知の構造により、コンピュータ８０に制御されて管状の針５２の先端から所定量の液滴を滴下するように構成されている。また、ディスペンサ５０は、コンピュータ８０に制御されて昇降可能となっており、針７２の先端をステージ２０上の固体試料２に対して近接離隔させることが可能となっている。

なお、ディスペンサ５０により滴下される液体試料は、特に限定されるものではなく、純水や各種水溶液であってもよいし、アルコール類や油脂類等であってもよい。また、水銀やはんだ等の液体金属や溶融金属であってもよい。

回動部材６０は、ステージ２０を支持する部材であり、上述のように撮像装置３０のレンズ鏡胴３６を支軸として回動自在に配置されている。すなわち、本実施形態では、回動部材６０を回動させることによって、ステージ２０上に載置された固体試料２をステージ２０と共に傾斜させ、これにより滑落法（転落法）による各種測定を行うように構成されている。

回動部材６０は、レンズ鏡胴３６に接続される接続部６２と、接続部６２から照明装置４０側に向けて延出する延出部６４と、を備えている。接続部６２は、レンズ鏡胴３６の外周３６ａに設けられた軸受６６を介してレンズ鏡胴３６に回動自在に接続されている。すなわち、回動部材６０は、レンズ鏡胴３６の外周３６ａに沿ってレンズ鏡胴３６の周方向に回動するようになっている。

延出部６４は、接続部６２の下端部から撮像装置３０の反対側に向けて延出するように設けられており、上部にステージ２０が配置されるようになっている。これにより、本実施形態では、固体試料２の測定面２ａを回動部材６０の回動中心Ｃの近傍に配置し、回動部材６０を回動させて固体試料２を傾斜させる際の固体試料２および液滴４の移動量が最小限となるようにしている。従って、本実施形態では、固体試料２の傾斜角度を大きくした場合にも、液滴４が撮像装置３０の視野から外れにくくなっている。

また、本実施形態では、回動部材６０にステージ２０を配置することによって、回動部材６０の回転角度によらず、固体試料２および液滴４の位置を調整することを可能としている。なお、ステージ２０は、移動機構２４による一方の移動方向が回動部材６０の回動中心Ｃと略平行となるように配置されている。従って、移動機構２４による他方の移動方向、および昇降機構２６による移動方向は、常に回動中心Ｃに対して略直交する方向となるようになっている。

すなわち、本実施形態では、回動部材６０の回転角度によらず、昇降機構２６によって固体試料２の測定面２ａを回動中心Ｃに対して近接離隔させることが可能であると共に、回動中心Ｃと略直交する面内において液滴４の位置を調整することが可能となっている。

駆動機構７０は、支持部材１４に配置されたモータ７２と、モータ７２の出力軸７２ａに固定された駆動ギヤ７４と、回動部材６０の回動中心Ｃを中心として接続部６２に固定され、駆動ギヤ７４と噛み合う従動ギヤ７６と、から構成されている。なお、図面においては、駆動ギヤ７４および従動ギヤ７６の歯を省略して記載している。

駆動機構７０は、コンピュータ８０に制御されて回動部材６０を回動中心Ｃ回りに回動させると共に、任意の回転角度で停止させる。また、駆動機構７０は、既知の手法のブレーキ機構を備えており、回動部材６０を任意の回転角度の状態で保持可能に構成されている。なお、駆動ギヤ７４および従動ギヤ７６に代えて、ベルト伝動機構やチェーン伝動機構を採用するようにしてもよい。また、回動部材６０にモータを組み込むようにしてもよい。

図２（ａ）および（ｂ）は、回動部材６０の回動の様子を示した概略図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。同図（ａ）は、回動部材６０が基準姿勢である場合を示している。回動部材６０が基準姿勢である場合、ステージ２０の載置面２２は略水平状態となり、ステージ２０は固体試料２を水平面内の２方向および鉛直方向に移動させることとなる。すなわち、本実施形態では、回動部材６０が基準姿勢である場合には、静止接触角を測定する一般的な接触角計と同様に取り扱うことが可能となっており、従来どおりの手法で静止接触角を測定することが可能となっている。

滑落法（転落法）により前進接触角、後退接触角および滑落角等を測定する場合には、同図（ｂ）に示されるように、回動部材６０を回動させて固体試料２を傾斜させる。本実施形態では、回動部材６０は、左右にそれぞれ９０°の角度まで回動可能に構成されており、固体試料２を最大９０°の角度で傾斜させることが可能となっている。なお、ディスペンサ５０は、必要に応じて退避させる。

本実施形態では、撮像装置３０のレンズ鏡胴３６を回動部材６０の支軸として兼用しているため、回動部材６０の回動中心Ｃが撮像装置３０の光学系３４の光軸ＯＡと略一致するようになっている。すなわち、回動部材６０は、光軸ＯＡを中心として回動するようになっている。

回動中心Ｃと光軸ＯＡを略一致させることにより、校正作業等を必要とすることなく、撮像装置２０によって撮影した画像における回動中心Ｃの位置を容易に特定することが可能となる。すなわち、画像の中心位置が常に回動中心Ｃの位置となるため、画像処理において回動部材６０の回動に伴う固体試料２および液滴４の位置の変化の検出が容易となり、前進接触角、後退接触角および滑落速度等の導出を高速且つ高精度に行うことが可能となる。

回動部材６０専用の支軸を設けて回動中心Ｃと光軸ＯＡを略一致させる場合には、支軸によって撮像装置２０の視界が妨げられたり、照明装置４０の光が遮られたりといった不具合を解消する必要があるため、装置構成が複雑且つ大がかりとなってしまうという問題がある。また、回動中心Ｃと光軸ＯＡを高精度に芯出しする必要があることから、装置構成がさらに複雑且つ高コストとなり、取り扱いにも注意を要するという問題が生じる。

本実施形態では、レンズ鏡胴３６を回動部材６０の支軸として兼用することで、このような問題を解消しつつ、装置全体を簡素且つコンパクトに構成することを可能としている。すなわち、高精度に配置される光学系３４を収容するレンズ鏡胴３６の外周３６ａは、十分な精度で光軸ＯＡを中心とする円周を構成しているため、これを有効活用することで、簡素な構成でありながらも、十分な精度で回動中心Ｃと光軸ＯＡを容易に一致させることが可能となっている。

また、回動部材６０の支軸を配置するスペースを削減することができるため、滑落法に対応していない接触角計と略同等のサイズに装置全体を構成することが可能となっている。特に、レンズ鏡胴３６を回動部材６０の支軸とすることで、撮像装置３０は回動部材６０に遮られることなく自然にステージ２０上の固体試料２に向けられることとなるため、効率的なレイアウトを実現することが可能となっている。

なお、撮像装置３０のレンズ鏡胴３６は、全体が略円筒状に構成される必要はなく、回動部材６０の支軸として兼用可能な円筒状の部分（外周が円形となる部分）を有するものであればよい。また、レンズ鏡胴３６の外周３６ａに適宜のスリーブやリング等を固定し、その外周に回動部材６０を接続するようにしてもよい。また、軸受６６は、レンズ鏡胴３６の外周３６ａに嵌合されるボールベアリングやローラベアリング等であってもよいし、滑り軸受であってもよい。

図１（ａ）および（ｂ）に戻って、コンピュータ８０は、図示は省略するが、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクおよびフラッシュメモリ等の記憶手段と、液晶ディスプレイ等の表示手段と、キーボードおよびマウス等の入力手段と、を備えて構成されている。コンピュータ８０は、記憶手段に記憶されたプログラムを実行することによって動作し、ステージ２０、撮像装置３０、照明装置４０、ディスペンサ５０および駆動機構７０等を制御する。また、コンピュータ８０は、撮像装置３０によって撮影した画像を受信して記憶すると共に、各装置の制御情報と共に画像を処理することによって静止接触角、前進接触角、後退接触角および滑落速度等の各種データを導出し、記憶する。

なお、コンピュータ８０は、接触角計１に一体的に組み込まれるものであってもよい。また、ステージ２０等の制御用のコンピュータと、画像処理等のデータ処理を行うデータ処理用のコンピュータとを別個に設けるようにしてもよい。また、プログラムの実行によってコンピュータ８０の各機能を実現するのではなく、専用の回路によって各機能を実現するようにしてもよい。

次に、接触角計１による静止接触角、前進接触角、後退接触角および滑落角等の測定手順について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）および図４は、接触角計１による接触角等の測定手順を示した図であり、撮像装置３０によって撮影した画像を示している。

測定では、まず駆動機構７０を操作して回動部材６０を基準姿勢の状態とする。次に、ステージ２０上に固体試料２を載置して固定する。そして、必要に応じてステージ２０を操作し、撮像装置３０の視野内の最適な位置に固体試料２を移動させる。また、必要に応じて照明装置４０の光量および位置等を調整する。

次に、ディスペンサ５０を操作して固体試料２の測定面２ａ上に液体試料を滴下し、同図（ａ）に示されるように、液滴４を形成する。コンピュータ８０は、この状態で撮影した画像を記憶して画像処理を施し、静止接触角θ１を導出して記憶する。この静止接触角θ１の導出は、例えばθ／２法、接線法またはカーブフィッティング法等、画像から接触角を導出する既存の手法により行うことができる。

なお、θ／２とは、液滴４の頂点と端点を結ぶ直線と固体試料２の測定面２ａとの成す角度を求め、この角度の２倍を静止接触角θ１とする手法である。また、接線法とは、液滴４の輪郭形状を円の一部と仮定して円の中心を求め、円の接線と直線でなす角度を接触角として求める手法である。また、カーブフィッティング法とは、液滴４の輪郭形状が真円または楕円の一部をなすと仮定し、指定された区間内（フィッティング区間）の全ての観測座標を使って最小二乗法フィッティングを行うことで真円または楕円のパラメータを決定し、端点における微分係数を求めて接触角を算出する手法である。

次に、必要であれば、ステージ２０を操作して固体試料２および液滴４を光軸ＯＡ（および、回動中心Ｃ）と略平行な方向に移動させ、撮像装置３０による撮影範囲および画像中の液滴４の大きさを調整する。そして、ステージ２０を操作して固体試料２および液滴４を光軸ＯＡ（および、回動中心Ｃ）と直交する面内で移動させ、同図（ｂ）に示されるように、液滴４に設定した指標点Ｐを画像の中心に位置させる。

これにより、指標点Ｐは、撮像装置３０の光学系３４の光軸ＯＡ上に略位置することとなり、回動部材６０の回動中心Ｃ上に略位置することとなる。なお、ここでは、液滴４の左側の端点を指標点Ｐとした例を示しているが、例えば液滴４の右側の端点や頂点等、その他の点を指標点Ｐとしてもよいことは言うまでもない。また、指標点Ｐを複数設定し、いずれか１つを画像の中心に位置させるようにしてもよい。

次に、駆動機構７０を操作して回動部材６０を回動させ、同図（ｃ）に示されるように、固体試料２の傾斜角度を徐々に増加させていく。このとき、指標点Ｐは、光軸ＯＡおよび回動中心Ｃ上に略位置しているため、固体試料２の傾斜角度の増加によっては殆ど移動しないようになっている。従って、本実施形態では、指標点Ｐの移動を検出することにより、容易且つ高精度に液滴４の滑り出しを検出することが可能となっている。

コンピュータ８０は、駆動機構７０を制御して回動部材６０を回動させながら撮像装置３０によって撮影した画像において指標点Ｐが移動したか否かを監視する。コンピュータ８０は、指標点Ｐの移動を検出したならば、駆動機構７０を操作して回動部材６０の回動を停止させる。そして、同図（ｄ）に示されるように、指標点Ｐの移動を検出したとき、すなわち液滴４が滑落を開始したときの回動部材６０の回転角度を駆動機構７０の制御情報、または駆動機構７０に設けたロータリエンコーダ等から取得し、滑落角θｓとして記憶する。なお、画像処理によって固体試料２の測定面２ａの傾斜角度を導出し、これを滑落角θｓとして記憶するようにしてもよい。

同図（ｄ）に示されるように、液滴４が滑落している間、コンピュータ８０は、撮像装置３０が撮影した画像を、所定のサンプリング周期で取得して記憶する。そして、記憶した画像から前進接触角θ２および後退接触角θ３を導出して記憶する。なお、前進接触角θ２および後退接触角θ３の導出は、上述の接線法やカーブフィッティング法等により行うことができる。

コンピュータ８０はまた、撮影した画像における指標点Ｐの移動距離および時間から、必要に応じて液滴４の滑落速度および加速度等を導出して記憶する。さらに、必要に応じてコンピュータ８０は、撮影した画像に基づき、滑落中の液滴４の形状の変化や液滴４中の液体試料の流動状態等を適宜の手法により解析して記憶する。なお、液滴４中の流動状態は、例えば液体試料中に微細なマーカを混入させることによって測定することができる。

以上の手順により、滑落法による１回の測定が完了する。測定中、撮像装置３０によって撮影した画像および測定結果は、適宜コンピュータ８０の表示手段に表示される。なお、測定は、全ての操作をコンピュータ８０の制御によって自動的に行うようにしてもよいし、適宜手動操作を含めるようにしてもよい。

また、画像処理に基づく各種データの導出は、測定中に随時行うようにしてもよいし、記憶した画像に基づいて後からまとめて行うようにしてもよい。また、静止接触角θ１および滑落角θｓが予め分っている場合は、これらの測定を省略するようにしてもよい。また、固体試料２の傾斜角度を変更して測定を行い、傾斜角度ごとの前進接触角θ２、後退接触角θ３および滑落速度等を測定するようにしてもよい。

また、図４に示されるように、指標点Ｐを画像の中心に位置させずに固体試料２を傾斜させるようにしてもよい。上述のように本実施形態では、光軸ＯＡと回動中心Ｃを略一致させるようにしているため、この場合の指標点Ｐは、同図に示されるように、回動部材６０の回動に伴って画像の中心を中心とする円周上を移動することとなる。従って、本実施形態では、回動部材６０の回動に伴う指標点Ｐの移動を容易に予測することが可能であり、指標点Ｐを画像の中心に位置させなくても、液滴４の滑落による指標点Ｐの移動を容易且つ高精度に検出することが可能となっている。

次に、接触角計１のその他の形態について説明する。なお、以下の説明においては、上述の例の接触角計１と共通の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５（ａ）は、円筒状の支軸９０の内側にレンズ鏡胴３６を挿入するようにした場合の一例を示した概略正面図である。この例では、支持部材１６によって支持される円筒状の支軸９０を設け、この支軸９０に軸受６６を介して回動部材６０を回動自在に接続すると共に、支軸９０の内側にレンズ鏡胴３６を挿入するようにしている。

この場合、レンズ鏡胴３６の外周３６ａと支軸９０の内周９０ａとの嵌め合いを適宜に設定することにより、回動部材６０の回動中心Ｃと撮像装置３０の光学系３４の光軸ＯＡとを、十分な精度で略一致させることができる。このようにすることで、撮像装置３０にかかる負荷を軽減することができる。

なお、この場合においてレンズ鏡胴３６は、支軸９０内に全体が挿入されるものであってもよいし、一部のみが挿入されるものであってもよい。また、レンズ鏡胴３６は、全体が略円筒状に構成される必要はなく、支軸９０の内周９０ａとの嵌め合いを設定可能な円筒状の部分（外周が円形となる部分）を有するものであればよい。また、レンズ鏡胴３６と支軸９０との間に適宜のスリーブやリング等を配置して、嵌め合いを調整するようにしてもよい。

図５（ｂ）は、支持部材１６を省略するようにした場合の一例を示した概略正面図である。撮像装置３０を接触角計１専用に設計する等により、撮像装置３０が十分な強度および剛性を有している場合には、支持部材１６を省略するようにしてもよい。この場合、よりコンパクトに接触角計１を構成することが可能となる。

図６は、回動部材６０の回動範囲を拡大した場合の一例を示した概略図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この例では、アーム１８に揺動機構１８ａを設け、この揺動機構１８ａによってディスペンサ５０を揺動させて退避させることにより、回動部材６０を左右それぞれ３６０°回動可能に構成している。このようにすることで、測定面２ａを下方に向け、液滴４を測定面２ａから懸垂した状態で滑落させることが可能となる。すなわち、滑落法による測定をより多彩な態様で行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る接触角計１は、レンズ鏡胴３６を備え、試料（固体試料２）上の液滴４を側方から撮影する撮像装置３０と、レンズ鏡胴３６の周方向に回動自在に配置される回動部材６０と、回動部材６０に配置され、試料（固体試料２）を保持するステージ２０と、を備えている。

このように構成することで、滑落法による各種測定を簡便に行うことができる。すなわち、固体試料２を傾斜させるための回動に伴う固体試料２および液滴４の移動量を小さくすることが可能となるため、接触角計全体を傾斜させるような大がかりな装置を必要とすることなく、液滴４が撮像装置３０の視野内から外れにくくすることができる。これにより、固体試料２の傾斜角度を増加させていく際の液滴４の位置調整の頻度を低減し、滑落法による各種測定を迅速且つ容易に行うことができる。

また、回動部材６０は、レンズ鏡胴３６を支軸として回動自在に支持されている。このように、レンズ鏡胴３６を支軸として兼用することにより、回動部材６０を設けながらも撮像装置３０その他の機器を効率的に配置することができる。これにより、接触角計１を簡素且つコンパクトに構成することが可能となるため、接触角計１の取り扱いを容易にすることができる。

また、回動部材６０の回動中心Ｃは、レンズ鏡胴３６に収容された光学系３４の光軸ＯＡと略一致している。このようにすることで、校正作業等を行わなくとも、撮像装置３０によって撮影した画像における回動中心Ｃの位置を容易に特定することができる。これにより、回動に伴う固体試料２および液滴４の移動を容易に予測することが可能となるため、液滴４の滑落を容易且つ高精度に検出することができる。なお、本実施形態では、回動部材６０をレンズ鏡胴３６の周方向に回動自在に配置することにより、芯出し作業等を必要とすることなく、容易に光軸ＯＡと回動中心Ｃを略一致させることが可能となっている。

また、ステージ２０は、試料（固体試料２）の液滴４が形成される面（測定面２ａ）を回動部材６０の回動中心Ｃに対して近接離隔させる昇降機構２６を備えている。このようにすることで、固体試料２のサイズによらず、回動に伴う液滴４の移動量を最小限に調整することができる。

また、ステージ２０は、回動部材６０の回動中心Ｃと略平行な面内において試料（固体試料２）を移動させる移動機構２４を備えている。このようにすることで、撮像装置３０による撮影範囲を調整すると共に、撮像装置３０によって撮影した画像における液滴４の位置および大きさを適宜に調整することができる。

また、ステージ２０は、回動部材６０の回動中心Ｃと略直交する面内において試料（固体試料２）を移動可能に構成されている。このようにすることで、撮像装置３０によって撮影した画像における液滴４の位置を適宜に調整すると共に、例えば液滴４の滑落を検出するための指標点Ｐを回動中心Ｃ上に位置させ、指標点Ｐが回動に伴って移動しないようにすることができる。これにより、液滴４の滑落を容易且つ高精度に検出することが可能となる。

以上、本考案の実施の形態について説明したが、本考案の接触角計は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、接触角計１を構成する各部材および機構等の形状および配置構成は、上記実施形態で示したものに限定されるものではなく、その他の各種形状および配置構成を採用することができる。

また、上記実施形態では、回動部材６０の回動中心Ｃを撮像装置３０の光学系３４の光軸ＯＡと略一致させた場合の例を示したが、本考案はこれに限定されるものではなく、回動中心Ｃと光軸ＯＡは必ずしも一致する必要はない。すなわち、本考案によれば、回動中心Ｃと光軸ＯＡが一致していなくとも、接触角計１をコンパクトに構成し、且つ回動に伴う固体試料２および液滴４の移動量を従来以上に減少させることが可能となっている。

また、上記実施形態では、ステージ２０の移動機構２４を、互いに直交する２方向に固体試料２を移動可能に構成した場合の例を示したが、移動機構２４は、光軸ＯＡ（および、回動中心Ｃ）に直交する方向にのみ固体試料２を移動可能に構成されるものであってもよい。すなわち、ステージ２０は、光軸ＯＡ（および、回動中心Ｃ）に直交する面内においてのみ固体試料２を移動可能に構成されるものであってもよい。また、接触角計１の用途等によっては、ステージ２０に昇降機構２６のみを備えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、液滴４を側方から撮影する撮像装置３０のみを備えるようにした場合の例を示したが、例えば液滴４を上方から撮影する撮像装置を追加する等、液滴４を複数の異なる方向から撮影可能に構成してもよい。この場合、追加の撮像装置は、基台１０に配置するようにしてもよいし、回動部材６０に配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態において示した作用および効果は、本考案から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本考案による作用および効果は、これらに限定されるものではない。

本考案の接触角計は、各種物体の表面性状の測定および評価の分野で利用することができる。

１ 接触角計
２ 固体試料
２ａ 測定面
４ 液滴
２０ ステージ
２４ 移動機構
２６ 昇降機構
３０ 撮像装置
３４ 光学系
３６ レンズ鏡胴
６０ 回動部材
Ｃ 回動中心
ＯＡ 光軸

Claims (6)

1. レンズ鏡胴を備え、試料上の液滴を側方から撮影する撮像装置と、
   前記レンズ鏡胴の周方向に回動自在に配置される回動部材と、
   前記回動部材に配置され、前記試料を保持するステージと、を備えることを特徴とする、
   接触角計。
2. 前記回動部材は、前記レンズ鏡胴を支軸として回動自在に支持されることを特徴とする、
   請求項１に記載の接触角計。
3. 前記回動部材の回動中心は、前記レンズ鏡胴に収容された光学系の光軸と略一致することを特徴とする、
   請求項１または２に記載の接触角計。
4. 前記ステージは、前記試料の前記液滴が形成される面を前記回動部材の回動中心に対して近接離隔させる昇降機構を備えることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の接触角計。
5. 前記ステージは、前記回動部材の回動中心と略平行な面内において前記試料を移動させる移動機構を備えることを特徴とする、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の接触角計。
6. 前記ステージは、前記回動部材の回動中心と略直交する面内において前記試料を移動可能に構成されることを特徴とする、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の接触角計。

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