JP4147286B2

JP4147286B2 - 粘着力測定装置

Info

Publication number: JP4147286B2
Application number: JP2003311462A
Authority: JP
Inventors: 健八三橋; 崇之福富; 壽水谷
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: JP2005077363A

Description

本発明は、粘着力測定装置に関し、更に詳しくは、製造現場でフィーリング評価に近い粘着力を簡易に測定できるようにした粘着力測定装置に関する。

従来、未加硫のゴム材料、粘着テープ、インクなどのペイント状物質などの粘着力を定量的に測定する粘着力測定装置として、試料ホルダーに巻き付けられた上試料を下試料に圧着させた後、上試料を引き剥がして両試料間の剥離力を測定するようにした装置が公知である。フォースゲージとしてバネ計りを使用し、これにロード軸を介して試料ホルダーが接続されている。バネ計りを上昇させて上試料を引き剥がした時にバネ計りの指針が最大値を指示し、この最大値を粘着力として用いるようになっている（例えば、特許文献１，２，３参照）。

バネ計りのバネにより、試料同士が圧着する際の衝撃緩和ができるので、製造現場で作業者が指で感じるフィーリング評価に近い粘着力を得ることができる利点がある。

しかしながら、上述した粘着力測定装置は、設置型の測定装置であるため、製造現場からサンプルを採取し、それを粘着力測定装置を設置した場所まで持っていって測定する必要があり、その間にラインの停止などを招き、生産性を阻害する。そのため、サンプルを採取することなく、製造現場で簡易に測定できる粘着力測定装置の提案が望まれていた。
特開昭５７−６３４５３号公報特開昭５７−６４１４４号公報特開昭５７−９０１４０号公報

本発明の目的は、製造現場でフィーリング評価に近い粘着力を簡易に測定することが可能な粘着力測定装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の粘着力測定装置は、試料ホルダーに取り付けられた第１粘着性試料を第２粘着性試料に圧着した後、該第１粘着性試料を引き剥がして両試料間の剥離力をフォースゲージにより測定するようにした粘着力測定装置において、前記フォースゲージが該フォースゲージの測定軸にかかった荷重を検出するロードセルと、該ロードセルからの検出信号に基づいて前記剥離力を算出するマイクロコンピュータを有し、該マイクロコンピュータが前記剥離力の測定結果から粘着性を解析し、該解析結果と前記剥離力の測定結果とを内蔵したメモリに記憶可能であり、前記フォースゲージの測定軸に板バネを介して前記試料ホルダーを固定し、前記第１粘着性試料を前記第２粘着性試料に圧着した際の前記板バネの変形により前記試料ホルダーを前記測定軸が延在する方向にのみ可動可能にし、前記試料ホルダーの下方に前記第２粘着性試料を押さえる押さえ面を下面に備えた試料押さえを有し、該試料押さえの周囲に前記押さえ面と同一平面上に位置するガイド面を下面に有する複数の姿勢保持ガイド部材を備えたことを特徴とする。

上述のようにフォースゲージを、ロードセルとこのロードセルからの検出信号に基づいて剥離力を算出するマイクロコンピュータを有する構成にしたので、フォースゲージを大幅に小型化し、かつ軽量化することができるため、フォースゲージを支持する他の部材も小型軽量化することができる。その結果、粘着力測定装置を大幅に小型軽量化してハンディタイプにすることが可能になるので、製造現場に容易に持ち運ぶことができる。

また、フォースゲージの測定軸に板バネを介して試料ホルダーを取り付けたので、バネ計りを使用した時と同様に、板バネの変形を利用して試料同士が圧着する際の衝撃力を緩和することができるため、製造現場で作業者が指で感じるフィーリング評価に近い粘着力の測定が可能になる。

更に、試料ホルダーを試料圧着時の板バネの変形により測定軸が延在する方向にのみ可動するようにして、板バネを介して測定軸に固定するので、試料ホルダーが測定軸に対して前後左右に揺動することがない。そのため、第２粘着性試料が斜めの状態や、垂直の状態、あるいは上側にある状態などであっても測定することができ、あらゆる方向での測定が可能になるので、サンプルを採取することなく、製造現場で簡易に粘着力の測定を行うことができる。

従って、製造現場でフィーリング評価に近い粘着力を簡易に測定することが可能になる。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜３は、本発明の粘着力測定装置の一例を示し、この粘着力測定装置Ｘは、ベースプレート１上に２本の脚部３が立設され、この脚部３上にケーシング５が取り付けられている。ケーシング５内には、上部に水平に配設した支持板７上に直流電源で駆動するモータ９が駆動軸９ａを下側に向けて取り付けられている。

モータ９の下方に上下に延在する送りネジ１１が配設され、支持板７に形成した貫通孔１３に挿通された駆動軸９ａの下端が送りネジ１１の上端に連結されている。送りネジ１１には送りネジ１１の回転に伴って移動する可動体１５が螺合している。

送りネジ１１の前側のベースプレート１と支持板７との間には、上下に延在するガイドシャフト１７が固設され、このガイドシャフト１７に可動体１５が上下に摺動自在に係合している。可動体１５の前端に試料間の剥離力を測定するフォースゲージ１９が取り付けられている。モータ９の作動により回転する送りネジ１１により可動体１５が上下動し、それによりフォースゲージ１９がガイドシャフト１７にガイドされながら上下に移動可能になっている。

フォースゲージ１９は、可動体１５に固定されたケース２１を有し、このケース２１の背面に突設したガイド部材２３がガイドシャフト１７に上下に摺動自在に係合している。ケース２１には、その下端から上下に延在する測定軸２５が下方に向けて突設され、この測定軸２５の下部に２枚の板バネ２７，２９が設けられている。

矩形状に形成された２枚の板バネ２７，２９は、互いに平行で水平に配設され、その中央部が測定軸２５に固定されている。板バネ２７，２９には、試料ホルダー３１を支持するための支持体３３が取り付けられている。支持体３３は、板バネ２７，２９の両端部に固定され、下方に延在する２本のロッド３５，３７と、このロッド３５，３７の下端部間に水平に延設固定された横設部材３９を有し、この横設部材３９の中央に未加硫のゴム材料などの第１粘着性試料Ｓ１を取り付ける試料ホルダー３１がネジ４１により着脱自在で、かつ手で回転可能に取り付けられている。試料ホルダー３１を手で所定の角度ずつ回転させ、圧着する新しい面を下方に向けることで、外周面３１ａに巻き付けた第１粘着性試料Ｓ１により測定試験を繰り返し行えるようになっている。

試料ホルダー３１は、支持体３３と板バネ２７，２９を介して測定軸２５に前後左右に揺動することなく固定され、第１粘着性試料Ｓ１を未加硫のゴム材料などの第２粘着性試料Ｓ２に圧着した際に板バネ２７，２９が変形し、この板バネ２７，２９の変形により試料ホルダー３１を測定軸２５が延在する方向にのみ可動可能にしている。この板バネ２７，２９の変形により、試料同士が圧着する際の衝撃を緩和し、製造現場で作業者が指で感じるフィーリング評価に近い粘着力を測定できるようになっている。

また、板バネ２７，２９を用いて試料ホルダー３１を支持する支持体３３と測定軸２５を直接連結することで、コイルスプリングと軸受を組み合わせて使用する構造で発生するフリクションがない連結構造にし、測定精度を高めるようにしている。このような板バネ２７，２９には、作業者の指の圧縮剛性に合うようにするため、１〜１０Ｎ／mmの特性を有するものを好ましく使用することができる。

試料ホルダー３１は、図４（ａ）に示すように、外周面３１ａに第１粘着性試料Ｓ１を巻き付ける金属製の円板３１Ａから構成されている。円板３１Ａの外周面３１ａは、円板３１Ａの半径ｒより径が大きい複数の円弧３１ｂを連接して構成してあり、円板３１Ａの半径ｒと円弧３１ｂの半径ｑとを異なるようにしている。この円弧３１ｂの半径ｑは、人の指の円弧に対応するように、作業者の指の曲率と略同じ径にしてあり、作業者が指で感じるフィーリング評価により近づけるようにしている。

試料ホルダー３１の下方に位置するベースプレート１の前側中央部には、貫通する孔部４３が形成されている。この孔部４３の周囲のベースプレート１下面には、第２粘着性試料Ｓ２を押さえる押さえ面４５ａを下面に備えたリング状の試料押さえ４５が固定されている。試料押さえ４５の周囲に位置するベースプレート１下面には、押さえ面４５ａと同一平面上に位置するガイド面４７ａを下面に有する複数（図では２つ）の姿勢保持ガイド部材４７が固設されている。

測定時に押さえ面４５ａとガイド面４７ａの少なくとも３つの面をシート状の第２粘着性試料Ｓ２の測定面Ｓ２ａに接触させることで、測定面Ｓ２ａに対してベースプレート１を平行に維持し、それにより試料ホルダー３１に保持された第１粘着性試料Ｓ１を測定面Ｓ２ａに対して常に垂直となる方向から圧着できるようにしている。

ケーシング５内の上部には、モータ９を駆動制御するための制御部４９が設けられている。制御部４９は、図３に示すように、モータ９を駆動するＤＣモータドライバー５１とこのドライバー５１を制御する制御回路５３を備えている。制御回路５３に、後述する操作パネル５５から、モータ９の送り速度、即ち第１粘着性試料Ｓ１を第２粘着性試料Ｓ２に圧着する速度と圧着した第１粘着性試料Ｓ１を第２粘着性試料Ｓ２から引き剥がす速度と、試料圧着時にモータ９を停止する時間、即ち第１粘着性試料Ｓ１を第２粘着性試料Ｓ２に圧着する時間が設定されると、この設定に基づいてドライバー５１がモータ９を駆動制御するようになっている。

また、後述するマイクロコンピュータ７９で得られた圧着力のデータが制御回路５３に入力され、制御回路５３では、この圧着力のデータと設定した圧着荷重との間に許容する所定の値以上の差が生じた際にドライバー５１を介してモータ９を駆動制御し、圧着力を設定した圧着荷重に対して許容する所定の値内に制御するようにしている。

ケーシング５の上部前面には、制御部４９を操作するための操作パネル５５が設けられている。操作パネル５５は、電源をオンオフするパワーボタン５７、モータ９を作動させるスタートボタン５９、モータ９を停止させるストップボタン６１、試料圧着時にモータ９を停止して圧着する時間を設定するタイム設定ボタン６３、圧着荷重を設定する荷重設定ボタン６４、モータ９の送り速度（圧着及び引き剥がし速度）を設定するスピード設定ボタン６５、設定値を上下に調整する設定調整ボタン６７，６９を備えている。また、設定した時間を表示する時間表示域７１Ａ、設定した圧着荷重を表示する荷重表示域７１Ｂ、及び設定した速度を表示する速度表示域７１Ｃを有する表示部７１がボタン類の上側に設けられている。

上記フォースゲージ１９は、ケース２１内に、図３に示すように、測定軸２５の上端に接続され、測定軸２５にかかった荷重を検出するロードセル７３、このロードセル７３で検出した信号を増幅するロードアンプ７５、このロードアンプ７５で増幅した信号をアナログ・デジタル変換するＡ／Ｄ変換器７７、このＡ／Ｄ変換器７７で変換したデジタル信号を入力するマイクロコンピュータ７９を備えている。

マイクロコンピュータ７９は、第１粘着性試料Ｓ１を第２粘着性試料Ｓ２に圧着した際にロードセル７３で検出された信号に基づいて圧着力を算出し、また第２粘着性試料Ｓ２を第１粘着性試料Ｓ１から引き剥がす際にロードセル７３で検出された信号に基づいて、両試料間の剥離力を算出するようになっている。ここで算出された剥離力及び圧着力がケース２１の前面に設けられた表示パネル８１に表示され、表示パネル８１で圧着力を確認しながら剥離力を測定できるようにしてある。

マイクロコンピュータ７９は、更に試料ホルダー外周を回転しながら得られた複数個の剥離力の測定結果から平均粘着力及び最大・最小粘着力を解析し、その解析結果を内蔵した不図示のメモリに記憶可能になっている。また、各測定された剥離力及び圧着力もメモリに記憶される。このメモリは、製造現場で複数（例えば、５０程度）の試料について測定した試験結果を記憶する容量を有し、製造現場でメモリのデータを外部のコンピュータに１回の試験が終了する都度出力して空にすることなく粘着力測定を連続して行えるようになっている。

ケース２１の前面には、表示パネル８１に加えて、操作ボタン類が設置されており、フォースゲージ１９への電源をオンにするオンボタン８３、オフにするオフボタン８５、メモリに記憶したデータを不図示の接続端子を介して外部に接続したコンピュータに出力するためのデータ出力ボタン８７、表示パネル８１に最大剥離力と現在の測定値を切り替え表示する表示ボタン９３、メモリに記憶したデータを不図示の接続端子を介して外部に接続したプリンタに出力して印刷するためのプリントボタン９５、表示パネル８１に表示された数値をゼロにリセットするリセットボタン９９を備えている。

ケーシング５内の下部には、粘着力測定装置Ｘの作動電源として上述した機器に電力を供給する充電式のバッテリー（乾電池）１０１が収容されている。ケーシング５の上面には、粘着力測定装置Ｘを持ち運ぶための取っ手１０３が設けられている。

以下、上述した粘着力測定装置Ｘにより粘着力を測定する手順及び作用について説明する。先ず、操作パネル５５のパワーボタン５７とフォースゲージ１９のオンボタン８３を押してオンにする。次いで、タイム設定ボタン６３を押して表示部７１の時間表示域７１Ａに表示された時間を設定調整ボタン６７，６９を押して適宜変更し、圧着時間を所望の時間に設定する。時間調整後、荷重設定ボタン６４と設定調整ボタン６７，６９とにより同様に圧着荷重を設定し、更にスピード設定ボタン６５と設定調整ボタン６７，６９とにより、同様にして圧着及び引き剥がし速度を設定する。

続いて、第１粘着性試料Ｓ１を円板３１Ａの外周面３１ａに１周にわたって巻き付ける。この第１粘着性試料Ｓ１を取り付けた試料ホルダー３１を支持体３３にネジ４１により固定する。粘着力測定装置Ｘを図１，２に示すように、試料押さえ４５のガイド面４７ａと姿勢保持ガイド部材４７のガイド面４７ａを第２粘着性試料Ｓ２の測定面Ｓ２ａに接触させ、第２粘着性試料Ｓ２にセットする。なお、ここで示す第２粘着性試料Ｓ２は採取したサンプルではなく、製造現場で製造されて次の工程で使用されるシート状の帯状部材を例示し、サンプルを採取することなく直接測定している。

この第２粘着性試料Ｓ２にセットした状態で、操作パネル５５のスタートボタン５９を押す。モータ９の回転により送りネジ１１が回転し、それにより可動体１５の降下に伴ってフォースゲージ１９が下方に移動し、試料ホルダー３１に巻き付けられた第１粘着性試料Ｓ１を、図５に示すように、板バネ２７，２９を下方に湾曲させながら、孔部４３を介して第２粘着性試料Ｓ２上に押し付けて圧着する。

この時に測定軸２５に加わる荷重がロードセル７３で検出され、ロードアンプ７５、Ａ／Ｄ変換器７７を経てマイクロコンピュータ７９に入力され、マイクロコンピュータ７９で圧着力が算出されて表示パネル８１に表示されると共に、内蔵するメモリに記憶される。

所定時間圧着した後、モータ９が作動して送りネジ１１を逆方向に回転させ、可動体１５を上昇させて第１粘着性試料Ｓ１を第２粘着性試料Ｓ２から引き剥がす。この引き剥がし時に測定軸２５に加わった荷重がロードセル７３で検出され、ロードアンプ７５、Ａ／Ｄ変換器７７を経てマイクロコンピュータ７９に入力され、マイクロコンピュータ７９で剥離力が算出される。表示パネル８１が切り換わって算出された剥離力が表示パネル８１に表示される。また、その剥離力が内蔵するメモリに記憶される。フォースゲージ１９が図１に示す待機位置まで上昇すると、モータ９の作動が停止し、１回目の粘着力の測定試験が終了する。

次いで、試料ホルダー３１を作業者が手で所定角度回転させて、新たな位置で同じ第１粘着性試料Ｓ１の面を下方に位置させた後、フォースゲージ１９のリセットボタン９９を押して表示パネル８１に表示された数値をゼロにリセットする。以下、上記と同様にして、試料押さえ４５のガイド面４７ａと姿勢保持ガイド部材４７のガイド面４７ａを第２粘着性試料Ｓ２の測定面Ｓ２ａに接触させ、粘着力測定装置Ｘを第２粘着性試料Ｓ２にセットした後、操作パネル５５のスタートボタン５９を押して２回目の粘着力の測定を行う。

所定の回数の測定が終了すると、マイクロコンピュータ７９で、それら複数回の剥離力の測定結果から平均粘着力及び最大・最小粘着力を解析し、その解析結果が内蔵するメモリに記憶される。メモリに蓄積されたデータは、後でフォースゲージ１９を外部のデータを管理するコンピュータに接続して出力される。

上述した本発明によれば、フォースゲージ１９を、ロードセル７３とこのロードセル７３からの検出信号に基づいて剥離力を算出するマイクロコンピュータ７９を有する構成にしたので、フォースゲージ１９を大幅に小型化し、かつ軽量化することができる。そのため、このフォースゲージ１９を支持する他の部材も小型軽量化することが可能になるため、粘着力測定装置Ｘが大幅に小型軽量化し、製造現場に持ち運びが容易なハンディタイプの粘着力測定装置Ｘにすることができる。

また、フォースゲージ１９の測定軸２５に板バネ２７，２９を介して試料ホルダー３１を取り付けたので、バネ計りを使用した時と同様に、板バネ２７，２９により試料Ｓ１，Ｓ２同士が圧着する際の衝撃緩和ができるので、製造現場で作業者が指で感じるフィーリング評価に近い粘着力を得ることができる。

しかも、試料ホルダー３１を試料圧着時の板バネ２７，２９の変形により測定軸２５が延在する方向にのみ可動するようにして、板バネ２７，２９を介して測定軸２５に固定するので、試料ホルダー３１が測定軸２５に対して前後左右に揺動することがなく、それによって、第２粘着性試料Ｓ２が図１に示す水平な状態はもちろんのこと、図６（ａ）に示すように第２粘着性試料Ｓ１が斜めの状態にあっても、図６（ｂ）に示すように垂直な状態であっても、更に図６（ｃ）に示すように上側にある状態であっても測定することが可能になるため、サンプルを採取することなく、製造現場で簡易に測定することができる。

また、従来の試料ホルダーは、人の指の形状に合わせた円弧に形成されているため、試料ホルダーの大きさが指の形状の円弧に規定される。そのため、手に入り難く、少量しかない試料の場合には、試料ホルダーに１周にわたって巻き付けられずに測定ができないなどの不具合が生じるが、試料ホルダー３１として使用する円板３１Ａの外周面３１ａを径が異なる複数の円弧３１ｂを連接して構成することにより、従来より円板３１Ａの径を小さくしながら、連接した円弧３１ｂを人の指の形状に合わせた円弧に形成することが可能になるので、第１粘着性試料Ｓ１の巻き付け量を少なくしながら、図４（ｂ）に示すように、第１粘着性試料Ｓ１と第２粘着性試料Ｓ２の接触面Ａを従来と同じ面積にして指で感じるフィーリング評価に近づけた測定が可能になる。

本発明の粘着力測定装置の一実施形態を示す正面図である。図１の一部断面側面図である。図１の粘着力測定装置のブロック説明図である。（ａ）は試料ホルダーの拡大正面図、（ｂ）は第１粘着性試料を第２粘着性試料に圧着した面を示す説明図である。第１粘着性試料を巻き付けた試料ホルダーを第２粘着性試料に圧着した状態を示す説明図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１の粘着力測定装置の使用状態を示す説明図である。

符号の説明

９モータ１１送りネジ
１５可動体１９フォースゲージ
２５測定軸２７，２９板バネ
３１試料ホルダー３１円板
３１ａ外周面３１ｂ円弧
４５試料押さえ４５ａ押さえ面
４７姿勢ガイド部材４７ａガイド面
７３ロードセル７９マイクロコンピュータ
１０１バッテリーＳ１第１粘着性試料
Ｓ２第２粘着性試料Ｘ粘着力測定装置
ｑ，ｒ半径

Claims

試料ホルダーに取り付けられた第１粘着性試料を第２粘着性試料に圧着した後、該第１粘着性試料を引き剥がして両試料間の剥離力をフォースゲージにより測定するようにした粘着力測定装置において、
前記フォースゲージが該フォースゲージの測定軸にかかった荷重を検出するロードセルと、該ロードセルからの検出信号に基づいて前記剥離力を算出するマイクロコンピュータを有し、
該マイクロコンピュータが前記剥離力の測定結果から粘着性を解析し、該解析結果と前記剥離力の測定結果とを内蔵したメモリに記憶可能であり、
前記フォースゲージの測定軸に板バネを介して前記試料ホルダーを固定し、前記第１粘着性試料を前記第２粘着性試料に圧着した際の前記板バネの変形により前記試料ホルダーを前記測定軸が延在する方向にのみ可動可能にし、
前記試料ホルダーの下方に前記第２粘着性試料を押さえる押さえ面を下面に備えた試料押さえを有し、該試料押さえの周囲に前記押さえ面と同一平面上に位置するガイド面を下面に有する複数の姿勢保持ガイド部材を備えた粘着力測定装置。
前記粘着力測定装置の作動電源が充電式のバッテリーである請求項１に記載の粘着力測定装置。
前記試料ホルダーを外周面に前記第１粘着性試料を巻き付ける円板から構成し、かつ前記円板の外周面を該円板の半径と径が異なる複数の円弧を連接して構成した請求項１または２に記載の粘着力測定装置。
前記複数の円弧の半径を前記円板の半径より大きくした請求項３に記載の粘着力測定装置。
前記複数の円弧は人の指の形状に対応する円弧である請求項３または４に記載の粘着力測定装置。
前記マイクロコンピュータは異なる円弧で測定した複数回の剥離力から平均粘着力を解析する請求項３，４または５に記載の粘着力測定装置。
上部に配設した支持板にモータを取り付け、該モータの下方に上下に延在する送りネジを連結し、該送りネジに螺合した可動体に前記フォースゲージを前記測定軸を下方に向けた状態で取り付け、前記モータの作動により回転する送りネジにより、前記フォースゲージを上下に移動可能にした請求項１，２，３，４，５または６に記載の粘着力測定装置。
前記第１粘着性試料及び第２粘着性試料が未加硫のゴム材料である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粘着力測定装置。