JP3187445U - 試料保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便且つ確実に試料を保持することが可能な試料保持構造及び前記構造を有する摩擦摩耗試験装置、接触計を提供する。
【解決手段】試料保持構造１は、試料１００を支持する支持面１２を有する基台１０と、支持面１２に設けられる弾性体層２０と、を備え、弾性体層２０は、試料１００と接触する接触面２２を有し、接触面２２は、略平滑な面に構成されている。これにより、より簡単且つ確実に試料を保持することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本考案は、各種試験や測定等を行う試料を保持する試料保持構造に関する。

従来、例えば摩擦摩耗試験等、試料（固体試料）に力が加わる状態で行われるような試験において固体試料が動かないように保持する方法としては、クランプにより固体試料を挟んで保持する方法が一般的に採用されている（例えば、特許文献１参照）。このようなクランプとしては、ネジの締結力を利用したものやバネの付勢力を利用したもの等、種々のものが存在している。また、試料の種類や加わる力の大きさ等によっては、粘着テープによって試料を試料台に貼り付けるといった簡易的な手法を採用する場合もある。

特開２００３−１３９６８４号公報

しかしながら、クランプによる保持方法では、試料の着脱に手間と時間を要するという問題があった。また、試料の材質によっては、クランプで挟持することで試料に変形や破壊が生じることがあり、試料を適切に保持することが困難となる場合があった。

また、粘着テープ等を使用する場合においても、粘着テープの貼付および剥離に、やはり手間と時間を要するという問題があった。さらに、試料の材質によっては、粘着テープを剥離する際に固体試料に破壊が生じたり、粘着テープの接着剤によって試料が汚染されたりする場合があった。

本考案は、斯かる実情に鑑み、より簡便且つ確実に試料を保持することが可能な試料保持構造を提供しようとするものである。

（１）本考案は、試料を支持する支持面を有する基台と、前記支持面に設けられる弾性体層と、を備え、前記弾性体層は、前記試料と接触する接触面を有し、前記接触面は、略平滑な面に構成されることを特徴とする、試料保持構造である。

（２）本考案はまた、前記接触面は、略平面状に構成されることを特徴とする、上記（１）に記載の試料保持構造である。

（３）本考案はまた、前記弾性体層は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠してタイプＡデュロメータにより測定された硬度が４０以上７０以下であることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の試料保持構造である。

（４）本考案はまた、前記弾性体層は、フッ素ゴムまたはシリコンゴムから構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の試料保持構造である。

（５）本考案はまた、前記弾性体層は、厚さが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の試料保持構造である。

（６）本考案はまた、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の試料保持構造と、前記試料保持構造に保持された前記試料と接触する接触子と、前記接触子を前記試料に押圧する押圧機構と、前記試料保持構造および前記接触子を相対移動させる相対移動機構と、を備えることを特徴とする、摩擦摩耗試験装置である。

（７）本考案はまた、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の試料保持構造と、
前記試料保持構造に保持された前記試料上の液滴を撮影する撮像装置と、を備えることを特徴とする、接触角計である。

本考案に係る試料保持構造によれば、より簡便且つ確実に試料を保持することが可能という優れた効果を奏し得る。

（ａ）本発明の実施の形態に係る試料保持構造の外観斜視図である。（ｂ）試料保持構造の分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）試料保持構造の作用を示した概略図である。 （ａ）〜（ｄ）試料保持構造のその他の形態の例を示した概略図である。 （ａ）〜（ｄ）試料保持構造のその他の形態の例を示した概略図である。 （ａ）試料保持構造を備える摩擦摩耗試験装置の一例を示した概略図である。（ｂ）試料保持構造を備える接触角計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。

図１（ａ）は、本実施形態に係る試料保持構造１の外観斜視図であり、同図（ｂ）は、試料保持構造１の分解斜視図である。これらの図に示されるように、試料保持構造１は、固体の試料１００を保持するものであり、基台１０と、基台１０に設けられた弾性体層２０と、を備えている。基台１０は、例えば各種金属や樹脂等、適宜の強度および剛性を有する材質から構成され、試料１００を支持するための部材である。本実施形態では、基台１０は、略矩形状の略平面である支持面１２が上部に形成されており、この支持面１２に弾性体層２０が設けられている。

弾性体層２０は、例えば各種ゴムや樹脂等、適宜の強度および弾性を有する材質から構成された層である。本実施形態では、略シート状の部材を適宜の接着剤によって基台１０の支持面１２に接着することで、支持面１２の略前面を覆うように弾性体層２０を形成している。そして、弾性体層２０の上面は、試料１００と接触してこれを保持する接触面２２となっている。この接触面２２は、略平滑な略平面状に構成されている。すなわち、本実施形態の試料保持構造１は、底面が略平面状の試料１００を保持するのに適した構造となっている。

図２（ａ）〜（ｃ）は、試料保持構造１の作用を示した概略図であり、試料保持構造１の正面図（または側面図）となっている。図２（ａ）に示されるように、接触面２２上に試料１００を載置した場合、試料１００の自重によって試料１００の底面１０２と接触面２２の間に摩擦力Ｆ１が発生することとなる。従って、例えば荷重や慣性力等、接触面２２に略平行な方向の力Ｆ２が試料１００に加わった場合にも、この摩擦力Ｆ１によって試料１００の移動が抑制されることとなる。

さらに、必要に応じて適宜に試料１００を接触面２２に押圧する等し、底面１０２と接触面２２の間の空気を排出するようにすれば、図２（ｂ）に示されるように、底面１０２と接触面２２の間に負圧による吸引力Ｆ３を発生させることができる。従って、接触面２２から離隔する方向の力Ｆ４が試料１００に加わった場合にも、この吸引力Ｆ３によって試料１００の移動が抑制されることとなる。また、吸引力Ｆ３によって摩擦力Ｆ１は、より高められることとなる。

このように、本実施形態の試料保持構造１によれば、試料１００を接触面２２に接触させ、必要に応じて適宜押圧等するだけで、試料１００が移動しないように確実に保持することが可能となっている。また、図２（ｃ）に示されるように、吸引力Ｆ３が生じている場合にも、試料１００を少し傾ける等して底面１０２と接触面２２の間に空気を導入するようにすれば、試料１００を容易に試料保持構造１から取り外すことができる。

すなわち、本実施形態の試料保持構造１によれば、試料１００を確実に保持することが可能でありながらも、きわめて簡便に試料１００を着脱することが可能となっている。また、動力や電力等も必要としていないため、きわめて簡便且つ確実に試料１００を保持することが可能となっている。

特に、本実施形態では、接触面２２を略平滑な面に構成することで、試料１００の底面１０２に対して接触面２２を略均等に接触させて密着させるようにし、この結果、試料１００を確実に保持することが可能な摩擦力Ｆ１および吸引力Ｆ３を発生させることを可能としている。また、接触面２２を略平面状に構成することで、略平面状の面を少なくとも一部に有する形状であれば、どのような試料１００であっても、本実施形態の試料保持構造１によって保持することが可能となっている。

なお、弾性体層２０の材質は、特に限定されるものではないが、試料１００の接触に伴って適宜に変形して試料１００と密着し、適切な摩擦力Ｆ１および吸引力Ｆ３を発生させるためには、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠してタイプＡデュロメータにより測定された硬度が４０以上７０以下の範囲内となる材質であることが好ましい。また、耐候性、耐薬品性および耐熱性等の耐久性を考慮した場合には、弾性体層２０の材質は、フッ素ゴムまたはシリコンゴムであることが好ましい。

また、弾性体層２０の厚さＴ（図１（ａ）および（ｂ）参照）、すなわち接触面２２と支持面１２の間の距離は、特に限定されるものではないが、試料１００を接触させた場合の沈み込み量や試料１００が振動する場合の振幅等を考慮した場合には、厚さＴをなるべく薄くした方が好ましく、手で持てる程度の一般的な重量およびサイズの試料１００に対しては、弾性体層２０の厚さＴは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。また、弾性体層２０は、シート状の部材を支持面１２に貼り付けることにより形成されるものに限定されず、例えばゴムや樹脂等を塗布やスプレー等によって支持面１２にコーティングする等、その他の手法により形成されるものであってもよい。

また、基台１０および弾性体層２０の形状は、例えば支持面１２および弾性体層２０を略円形状（円盤状）に構成する等、その他の形状であってもよい。また、支持面１２の一部に部分的に弾性体層を設けるようにしてもよく、この場合、例えば略矩形状の支持面１２に略円形状（略円盤状）の弾性体層２０を設ける等、支持面１２の形状と弾性体層２０の形状（平面視の形状）を異ならせるようにしてもよい。

次に、試料保持構造１のその他の形態の例について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）および図４（ａ）〜（ｄ）は、試料保持構造１のその他の形態の例を示した概略図である。なお、図３（ａ）、（ｃ）および（ｄ）は、試料保持構造１の外観斜視図、図３（ｂ）は、試料保持構造１の分解斜視図、図４（ａ）〜（ｄ）は、試料保持構造１の正面図（または、側面図）となっている。

図３（ａ）は、１つの支持面１２に複数の弾性体層２０を設けるようにした場合の一例を示している。試料１００の大きさや形状によっては、１つの支持面１２に複数の弾性体層２０を設けることで、適切に保持することが可能となる。なお、この場合、複数の弾性体層２０の間に隙間を設けるようにしてもよいし、隙間を設けないようにしてもよい。また、図３（ａ）に示す例では、１つの支持面に２つの弾性体層２０を配置しているが、３つ以上の弾性体層２０を１つの支持面に設けるようにしてもよいことは言うまでもない。また、弾性体層２０の形状は、矩形状に限定されず、任意の形状を採用することができる。

図３（ｂ）は、基台１０に凹部１４を設け、この凹部１４内にシート状の部材を嵌め込むようにして弾性体層２０を設けた場合の一例を示している。このようにすることで、弾性体層２０を構成するシート状の部材を適宜に位置決めすることができる。なお、この場合、凹部１４は、弾性体層２０を構成するシート状の部材の一部を収容するように形成されるものであってもよいし、シート状の部材の全部を収容するように形成されるものであってもよい。また、弾性体層２０および凹部１４の形状が限定されないことは言うまでもない。また、凹部１４を設ける代わりに、適宜の位置決め突起を基台１０に設けるようにしてもよく、この場合、位置決め突起と係合する孔や溝等を、弾性体層２０を構成するシート状の部材に設けるようにしてもよい。

図３（ｃ）は、接触面２２を側方に向けるようにした場合の一例を示した図である。試料１００が軽量であるような場合には、このように、試料１００に対して側方から接触面２２を接触させるようにしてもよい。また、図示は省略するが、接触面２２を斜め方向に向けるようにしてもよいし、各種試験や測定等の態様によっては、下方に接触面２２を向けるようにしてもよい。すなわち、試料１００に対して接触面２２を接触させる方向は、特に限定されるものではない。

図３（ｄ）は、試料保持構造１を複数の基台１０および弾性体層２０から構成するようにした場合の一例を示した図である。例えば、試料１００が長尺であるような場合には、このように複数の基台１０および弾性体層２０によって保持するようにしてもよい。なお、この場合、複数の基台１０および弾性体層２０は、同一形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。また、基台１０および弾性体層２０を３つ以上設けるようにしてもよく、配置の仕方が特に限定されないことは言うまでもない。

図４（ａ）〜（ｄ）は、接触面２２を平面以外の面に構成するようにした場合の例を示している。接触面２２は、例えば試料１００の形状や測定持のプローブ等の移動経路等に応じた、種々の面に構成することができる。具体的に接触面２２は、例えば図４（ａ）に示されるような凹状の曲面であってもよいし、図４（ｂ）に示されるような凸状の曲面であってもよい。また、接触面２２は、図４（ｃ）および（ｄ）に示されるように、複数の平面を組み合わせた面に構成されるものであってもよい。また、図示は省略するが、接触面２２は、凹状の部分と凸状の部分を共に有する面であってもよい。

次に、試料保持構造１を備える装置の例について説明する。図５（ａ）は、試料保持構造１を備える摩擦摩耗試験装置５０の一例を示した概略図であり、同図（ｂ）は、試料保持構造１を備える接触角計６０の一例を示した概略図である。

摩擦摩耗試験措置５０は、図５（ａ）に示されるように、試料１００を保持する試料保持構造１と、支点を中心に揺動自在に配置されるアーム５２と、アーム５２の一端に設けられ、試料１００と接触する接触子５４と、適宜の錘等によって接触子５４を試料１００に押圧する押圧機構５６と、試料保持構造１および接触子５４を相対移動させる相対移動機構５８と、を備えている。また、この例では、相対移動機構５８は、試料保持構造１を直線往復運動させることで、試料保持構造１および接触子５４を相対移動させ、これにより試料１００と接触子５４を互いに摺動させるようになっている。

本実施形態の試料保持構造１は、このように、試料１００に対して、接触子５４と試料１００の間の摩擦力が試験中常に加わる摩擦摩耗試験措置５０において、試料１００を保持するのに特に好適である。すなわち、押圧機構５６によって押圧されることで、接触面２２と試料１００の間の摩擦力が向上するため、きわめて簡素な構成でありながらも、試料１００を確実に保持することが可能となっている。また、クランプ等を使用した場合とは異なり、試料１００の底面１０２の略全面にわたって略均等に保持することが可能となるため、試料１００が例えば伸びや変形の生じやすい薄いシート状であるような場合にも、これを安定的に保持することができる。

なお、摩擦摩耗試験装置５０は、接触子５４に加わる摩擦力を検出する荷重検出器や、装置全体を制御する制御装置等をさらに備えるものであってもよいことは言うまでもない。また、相対移動機構５８は、試料１００を回転運動させるものであってもよい。また、押圧機構５６は、例えばエアシリンダやバネ等によって接触子５４を試料１００に押圧するものであってもよい。

接触角計６０は、図５（ｂ）に示されるように、固体試料である試料１００を保持する試料保持構造１と、試料１００上に液体試料を供給して液滴２００を形成する供給装置６２と、液滴２００を側方から撮影する撮像装置６４と、液滴２００を照明する照明装置６６と、試料保持構造をＸＹＺの３軸方向に移動させる移動機構６８と、を備えている。

このように、接触角計６０に試料保持構造１を設けることで、試料１００のセットを容易にすると共に、移動機構６８によって試料１００を高速に移動させることができるため、接触角の測定を簡便且つ迅速に行うことが可能となる。特に、試料１００上の異なる位置に複数の液滴２００を連続的に形成し、複数位置における接触角を連続的に測定する場合に効果的である。また、試料１００を傾けて液滴２００を滑落させ、滑落法（転落法）による測定を行う場合にも、試料１００を確実に保持することができる。

なお、接触角計６０は、撮影した画像を処理して接触角等の各種情報を導出する画像処理装置や、装置全体を制御する制御装置等をさらに備えるものであってもよいことは言うまでもない。また、接触角計６０は、側方以外の方向から（例えば、上方から）液滴２００を撮影するものであってもよいし、複数の撮像装置６４によって複数方向から液滴２００を撮影するものであってもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る試料保持構造１は、試料１００を支持する支持面１２を有する基台１０と、支持面１２に設けられる弾性体層２０と、を備え、弾性体層２０は、試料１００と接触する接触面２２を有し、接触面２２は、略平滑な面に構成されている。このような構成とすることで、接触面２２と試料１００の間に摩擦力Ｆ１および吸引力Ｆ３を発生させることが可能となるため、簡素な構成でありながらも試料１００を確実に保持することができる。また、試料１００を容易に着脱することができる。

また、接触面２２は、略平面状に構成されるものであってもよい。このようにすることで、試料１００が少なくとも一部に略平面状の平面を有していれば、試料１００の形状に影響されることなくこれを容易且つ確実に保持することができる。

また、弾性体層２０は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠してタイプＡデュロメータにより測定された硬度が４０以上７０以下であることが好ましい。このようにすることで、接触面２２と試料１００の間に適切な摩擦力Ｆ１および吸引力Ｆ３を発生させることができる。

また、弾性体層２０は、フッ素ゴムまたはシリコンゴムから構成されることが好ましい。このようにすることで、弾性体層２０の耐久性を高めることができる。また、弾性体層２０は、厚さＴが０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。このようにすることで、一般的な重量およびサイズの試料１００を安定的に保持することができる。

また、試料保持構造１は、試料保持構造１に保持された試料１００と接触する接触子５４と、接触子５４を試料１００に押圧する押圧機構５６と、試料保持構造１および接触子５４を相対移動させる相対移動機構５８と、を備える摩擦摩耗試験装置に好適である。すなわち、押圧機構５６による押圧力を活用して、試料１００をより確実に保持することができる。また、試料１００を底面１０２全体で安定的に保持することが可能となるため、試料１００の摩擦特性や摩耗特性をより正確に解析することができる。

また、試料保持構造１は、試料保持構造１に保持された試料１００上の液滴２００を撮影する撮像装置６４を備える接触角計に好適である。すなわち、試料１００の着脱を煩雑化することなく、試料１００を高速移動させたり、試料１００を傾けたりすることが可能となるため、接触角の測定を効率的に行うことができる。

以上、本考案の実施の形態について説明したが、本考案の試料保持構造は、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。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。

本考案に係る試料保持構造は、固体試料に関する各種試験や測定の分野において利用することができる。

１ 試料保持構造
１０ 基台
１２ 支持面
２０ 弾性体層
２２ 接触面
５０ 摩擦摩耗試験装置
５４ 接触子
５６ 押圧機構
５８ 相対移動機構
６０ 接触角計
６４ 撮像装置
１００ 試料
２００ 液滴
Ｔ 弾性体層の厚さ

Claims (7)

1. 試料を支持する支持面を有する基台と、
   前記支持面に設けられる弾性体層と、を備え、
   前記弾性体層は、前記試料と接触する接触面を有し、
   前記接触面は、略平滑な面に構成されることを特徴とする、
   試料保持構造。
2. 前記接触面は、略平面状に構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の試料保持構造。
3. 前記弾性体層は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠してタイプＡデュロメータにより測定された硬度が４０以上７０以下であることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の試料保持構造。
4. 前記弾性体層は、フッ素ゴムまたはシリコンゴムから構成され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試料保持構造。
5. 前記弾性体層は、厚さが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であ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試料保持構造。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の試料保持構造と、
   前記試料保持構造に保持された前記試料と接触する接触子と、
   前記接触子を前記試料に押圧する押圧機構と、
   前記試料保持構造および前記接触子を相対移動させる相対移動機構と、を備えることを特徴とする、
   摩擦摩耗試験装置。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の試料保持構造と、
   前記試料保持構造に保持された前記試料上の液滴を撮影する撮像装置と、を備えることを特徴とする、
   接触角計。

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