JP4164968B2 - Contact state observation method and contact state observation apparatus - Google Patents

Contact state observation method and contact state observation apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、シール製品のシール面や自動変速機用湿式クラッチに組み込まれる摩擦材の表面等の対象物に接触あるいは摺動させて使用される被観察面の当該対象物との接触状態を再現して観察する接触状態観察方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、ゴムに代表される弾性体シール製品のシール機能の制御において、シール製品と当該シール製品のシール面によってシールされる被接触物との接触状態を明瞭に測定することが重要である。しかしながら、シール製品のシール面が被接触物と接触した状態を直接観察することは困難であるため、観察すべき被観察面であるシール面と被接触物の表面との接触状態を観察可能な状態に再現する必要がある。
このため、従来においては、被観察面と被接触物の表面との接触状態を再現する方法として、たとえば、特開平8−247747号公報等に開示されているように、実質的に平滑な表面を有するガラス板や、プリズム等の透明な観察用部材を被観察面に接触させて接触状態を観察する方法が採られている。
【0003】
具体的には、特開平8−247747号公報では、図17に示すような方法で試料の観察すべき被観察面の接触状態を観察する。
まず、試料101の観察すべき被観察面を倒立台形状の透明プリズム102の上面に載置し、押圧ブロック103を介してスラスト荷重Fを試料101に与えて試料101を透明プリズム102の平滑な上面に押し付ける。
一方、透明プリズム102の片側下方には、光源104と、コリメータレンズ105と、偏光板106と、1/4波長板107とが設けられ、他方には偏光板108と、集光レンズ109と反射鏡110と、CCDカメラ111と、画像処理装置112とが設けられており、光源104からの光はコリメータレンズ105、偏光板106および1/4波長板107を通過して透明プリズム102の片面から透明プリズム102内に垂直に入射し、試料101の被観察面である下面で反射する。この反射光は透明プリズム102の他面から垂直方向に出て、偏光板108、集光レンズ109を通じて反射鏡110で反射しCCDカメラ111に入射する。
CCDカメラ111で撮像された画像データは、試料101の被観察面と透明プリズム102の上面との間において、透明プリズム102側から入射した光は試料101の被観察面と透明プリズム102の上面とが接触していない非接触部分では透明プリズム102の上面で全反射し、接触部分では試料101に吸収されるため、非接触部分では明るく接触部分では相対的に暗い画像となる。
この状態の画像データを画像処理装置112において、たとえば、明暗に応じて多値化処理し、表示装置に画像データを表示することで試料101の被観察面と透明プリズム102との接触状態を把握することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の方法では、試料101の被観察面と透明プリズム102との間の非接触部分での光の全反射を起こさせるために、光源104等の光学系やCCDカメラ111を試料101の被観察面に対して一定の角度を持たせて設置して観察せざるを得ない。
このため試料101の被観察面を斜め方向から観察する必要があり、観察された画像は観察方向に沿って縮小された状態となる。
したがって、試料101の被観察面を垂直方向から観た場合の、真の接触状態を観察するには、この観察角度による影響を補正する必要があった。
また、例えば、顕微鏡を利用して高倍率で接触状態を観察したい場合、斜め方向から試料101の被観察面を観察すると、垂直方向から観察する場合に比べて顕微鏡のレンズと試料101の被観察面との光路長が長くなる。一方、顕微鏡の拡大倍率を大きくとるほど、顕微鏡のレンズ系の作動距離が短くなり、上記の光路長よりも短くなる場合もあり、十分な拡大率が得られず、接触状態の詳細な観察ができないことがあった。
さらに、上記のような従来の方法では、透明プリズム102の上面を平滑面である。しかしながら、たとえば、試料101がシール製品等の場合には、実際の使用においてシール製品のシール面等が接触する被接触物の表面は平滑面とは限らない。また、シール製品のシール面が実際に接触するのは、たとえば、金属表面等であり、金属表面の状態はガラス表面の状態とは異なる。このため、上記のような従来の方法では、表面に粗さを有する被接触物に対するシール製品のシール面等の実使用状態での接触状態を再現できなかった。
【0005】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、被接触物に接触した状態で実使用される観察対象物の接触面の接触状態を再現でき、かつ、再現された接触状態を詳細かつ明瞭に観察可能な接触状態観察方法および接触状態観察装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
一方の面が凹凸しており、該一方の面と対向する他方の面が平坦である透光性ガラス板の前記一方の面に前記透光性ガラス板と同じまたは同程度の屈折率を有する透光性材料を塗布して前記一方の面の凹部に前記透光性材料を満たし、
前記ガラス板の前記透光性液体が凹部に満たされることで上記凹凸が滑らかになった状態の前記一方の面に弾性観察対象物を当接させ、
前記観察対象物が弾性変形する程度まで、前記観察対象物と前記ガラス板を相対的に押圧し、
前記押圧した状態で、前記ガラス板の前記他方の面から、前記観察対象物と接触している前記第1の面に向けて光を照射し、
前記光の照射に応じて、前記ガラス板の透光性材料が凹部に満たされることで上記凹凸が滑らかになった状態の前記一方の面における前記観察対象物と前記一方の面との接触状態に依存する前記一方の面からの観察画像の輝度に応じて変化する前記観察対象物と前記一方の面との接触状態に関して、前記輝度の弱または強を、前記観察対象物と前記一方の面との接触または非接触と規定することにより、前記ガラス板の前記一方の面から拡大して撮像して、観察する、
接触状態観察方法が提供される。
【0007】
また本発明によれば、
一方の面が凹凸しており、該一方の面と対向する他方の面が平坦であり、前記一方の面に前記透光性ガラス板と同じまたは同程度の屈折率を有する透光性材料を塗布して前記一方の面の凹部に前記透光性材料を満たした透光性ガラス板の前記透光性液体が凹部に満たされることで上記凹凸が滑らかになった状態の前記一方の面に弾性観察対象物を当接させ、当該観察対象物が弾性変形する程度まで、前記観察対象物と前記ガラス板を相対的に押しつける、押しつけ手段と、
前記観察対象物を押圧した状態で、前記ガラス板の前記他方の面から、前記観察対象物と接触している前記第1の面に向けて光を照射する光源と、
前記光の照射に伴う前記ガラス板の前記一方の面から、前記ガラス板の透光性材料が凹部に満たされることで上記凹凸が滑らかになった状態の前記一方の面における前記観察対象物と前記一方の面との接触状態を観察するため、前記一方の面における前記観察対象物と前記一方の面との接触状態に依存する前記一方の面からの観察画像の輝度に応じて変化する前記観察対象物と前記一方の面との接触状態に関して、前記輝度の弱または強を、前記観察対象物と前記一方の面との接触または非接触と規定することにより、前記観察対象物と前記一方の面との接触部分を光学的に観察する光学検出手段と、
前記光学検出手段で検出した結果を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段による撮像画像を表示する表示手段と
を有する接触状態観察装置が提供される。
【0008】
好ましくは、前記ガラス板の一方の面の凹凸の表面粗さは、前記観察対象物の前記ガラス板の一方の面と接触する部分の表面粗さよりも十分小さい。
【0009】
好ましくは、前記ガラス板の一方の面の凹凸の平均的高さ(d)と、前記観察対象物と前記ガラス板の一方の面とが接触している前記観察対象物の接触面の凹凸の平均的間隔(λ)との比(d/λ)が前記観察対象物の前記ガラス板の一方の面と接触する部分の表面粗さに対して所定の値に調整されている。
より好ましくは、3<λ/d<25、かつ、1μm<d<20μmである。
【0010】
好ましくは、前記押圧されている観察対象物と前記ガラス板の一方の面との接触部分を前記ガラス板の一方の面から光学拡大手段によって拡大して観察する。 より好ましくは、前記光学拡大手段の光軸を前記ガラス板の一方の面に対して実質的に垂直にして前記拡大画像を得る。
さらに好ましくは、前記拡大画像を撮像手段によって撮像し、当該撮像データを表示手段に表示して観察する。
【0011】
好ましくは、前記ガラス板の一方の面の凹部に満たされた前記透光性材料の塗布条件によって前記ガラス板の一方の面の前記凹凸の形状を調整する。
より好ましくは、前記透明性材料は、液体材料、または、固体材料からなる。 好ましくは、前記弾性観察対象物は、ゴムで形成されている。
【0012】
本発明においては、一方の面が凹凸しており、該一方の面と対向する他方の面が平坦であり、前記一方の面に前記透光性ガラス板と同じまたは同程度の屈折率を有する透光性材料を塗布して前記一方の面の凹部に前記透光性材料を満たした透光性ガラス板の前記透光性液体が凹部に満たされたガラス板を用いる。
このガラス板の一方の面に弾性観察対象物を当接させ、当該観察対象物が弾性変形するように前記観察対象物と前記ガラス板を相対的に押しつける。
そして、前記観察対象物を押圧した状態で、前記ガラス板の前記他方の面から、前記観察対象物と接触している前記第1の面に向けて光を照射し、前記光の照射に伴う前記ガラス板の前記一方の面から、前記ガラス板の透光性材料が凹部に満たされた前記一方の面における前記観察対象物と前記一方の面との接触状態を観察するため、前記観察対象物と前記一方の面との接触部分を光学的拡大して撮像して観察する。
【0013】
ガラス板の凹凸面と観察対象物の被観察面との押圧による接触部では、被観察面の有する凹凸によって凹凸面との接触領域と非接触領域が発生する。
ガラス板の他方の面から入射した光は、被観察面とガラス板の一方の面の凹凸部との接触領域では被観察面に一部または全部が吸収される。非接触領域では、凹凸面と被観察面との間に空気の層が形成され凹凸面で乱反射される。
このため、ガラス板を通じて観察対象物の被観察面とガラス板の凹凸面との接触領域、非接触領域をそれぞれ観察すると、接触領域からの反射光の光量は非接触領域からの反射光の光量よりも相対的に少なく、したがって、接触領域は相対的に暗くなり非接触領域は相対的に明るくなる。この結果、被観察面と凹凸面とにおける接触領域と非接触領域との明暗がはっきりと生じることになる。
また、この被観察面と凹凸面とにおける接触領域と非接触領域との明暗は、観察用部材に対する光の入射角度を傾けなくても得られ、かつ、光の入射角度によらず任意の方向から観察できる。
【0014】
本発明では、ガラス板の凹凸面の表面粗さを被観察面の表面粗さよりも十分に小さくすることで、被観察面の凹凸に応じた接触、非接触状態が適切に得られる。すなわち、ガラス板の凹凸面の表面粗さが被観察面の表面粗さに対して大きいと、被観察面の凹凸およびガラス板の凹凸面の凹凸のいずれによっても接触、非接触状態が発生するため、被観察面の凹凸に応じた接触、非接触状態を得ることが難しいが、ガラス板の凹凸面の表面粗さを十分小さくすることで凹凸面と被観察面との間に生じる接触、非接触状態は、ほぼ被観察面の凹凸のみによって生じるものとすることができる。
【0015】
本発明ではガラス板の凹凸面に透明性材料を塗布することで、ガラス板の凹凸面の状態を任意に調整でき、たとえば、透明性材料の塗布量等の塗布条件および凹凸面の凹凸形状によって任意の状態の凹凸面とすることができ、観察対象物の被観察面の実使用時の接触状態を可能な限り正確に再現することが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第1実施形態
図1は、本発明の一実施形態に係る接触状態観察装置の構成図である。
図1に示す接触状態観察装置1は、ベース2上に平行に立設された複数のガイド棒3に移動(昇降)自在に案内された保持板4と、保持板4の下面に保持されたガラス板11と、保持板4上に設置された顕微鏡鏡筒41と、光源35と、顕微鏡鏡筒41に接続されたCCDカメラ42と、保持板4の下方のベース2上に設けられたアクチュエータ21と、アクチュエータ21と連結され観察対象物Wを支持する支持台22と、CCDカメラ42と接続された画像処理装置31と、画像処理装置31と接続された表示装置32とを備えている。
ここで、ガラス板11は本発明の観察用部材の一具体例に対応し、顕微鏡鏡筒41は本発明の光学拡大手段の一具体例に対応し、光源35は本発明の光源の一具体例に対応し、CCDカメラ42は本発明の撮像手段の一具体例に対応し、表示装置32および画像処理装置31は本発明の表示手段の一具体例に対応している。
【0017】
保持板4は、保持板4の側方に設けられた昇降用ハンドル5をいずれかの向きに回転させることにより、ガイド棒3の任意の位置に昇降するように設けられている。
また、保持板4には開口部4aが形成されており、この開口部4aの下部にガラス板11が固定されている。
【0018】
アクチュエータ21は、支持台22をロッド21aで支持しており、このロッド21aを矢印A1およびA2方向に伸縮させ、支持台22を矢印A1およびA2方向の任意の位置に移動させる。アクチュエータ21には、たとえば、エアシリンダを用いることができる。
支持台22は、その上面がガラス板11に略平行になるように支持されており、この上面に観察対象物Wを支持している。
アクチュエータ21が支持台22を矢印A1方向に移動させることにより、支持台22に載置された観察対象物Wをガラス板11に押し付ける。すなわち、アクチュエータ21、支持台22およびガラス板11を保持している保持板4は、本発明の押し付け手段を構成している。
【0019】
保持板4上に設置された顕微鏡鏡筒41は、その光軸が上記の支持台22の上面に略垂直になるように配置されており、保持板4の開口部4aおよびガラス板11を通じて観察対象物Wの光学像を任意の倍率に拡大可能になっている。
顕微鏡鏡筒41に接続されたCCDカメラ42は、電荷結合素子を用いたカメラであり、顕微鏡鏡筒41によって拡大された光学像を撮像し、この撮像データを画像処理装置31に出力する。
【0020】
顕微鏡鏡筒41に隣接して設けられた光源35は、上記支持台22に載置された観察対象物Wに向けて光を照射する。すなわち、光源35は保持板4の開口部4aを通じて観察対象物Wに光を照らす。
【0021】
画像処理装置31は、たとえば、パーソナルコンピュータからなり、CCDカメラ42の撮像した画像データを、A/D変換した後取り込み、この取り込んだ画像データに対して、所定の画像処理を行う。具体的な所定の画像処理については後述する。
表示装置32は、たとえば、CRTや液晶表示装置からなり、画像処理装置31で処理された画像データを画面に表示する。
【0022】
観察対象物Wは、たとえば、ゴム製のシール部材等の弾性体であるが、実使用時に他の固体表面と接触あるいは摺動した状態で使用されるもので、かつ、その接触状態が重要である観察すべき被観察面を有するものであれば特に限定されない。
【0023】
図2は、ガラス板11の断面形状の一例を示す断面図である。
図2に示すように、ガラス板11の一方面は凹凸を持つ凹凸面11aとなっており、他方面は実質的に平滑な平滑面11bとなっている。なお、凹凸面11aは、観察対象物Wに接する側に形成されている。
ガラス板11の凹凸面11aは、平滑面11b側から入射した光が凹凸面11aで乱反射を起こすための粗さを持ちながら、観察対象物Wの表面の有する凹凸よりも微細に形成されている。
凹凸面11aの凹凸の状態は、たとえば、表面粗さによって規定する。表面粗さは、図2に示すように、凹凸面11aの凹凸の平均的高さdおよび凹凸の凸部間の平均的間隔λとの比λ/dで表される。
平均的高さdが同じである場合に、この表面粗さλ/dの値が小さいほど、単位面積当たりの凹凸の数が多く、λ/dの値が大きいほど単位面積当たりの凹凸の数が少ない。
本実施形態では、凹凸面11aの表面粗さを、観察対象物Wの表面(被観察面)の有する表面粗さよりも十分小さい表面粗さとするが、表面粗さλ/dの値が小さすぎると観察対象物Wの表面と凹凸面11aの接触性が悪化する等の理由から表面粗さλ/dの値を適正な値にする必要がある。
【0024】
具体的には、観察対象物Wとして種々の表面粗さのゴム材製のOリングを用いて検討した結果、3<λ/d<25,1μm<d<20μmの条件を満たすように、ガラス板11の凹凸面11aの凹凸を微細に形成する。より好ましくは、4<λ/d<20,2μm<d<10μmの条件の表面凹凸形状が望ましい。
【0025】
ガラス板11の凹凸面11aを形成するには、ブラスト、エッチング、モールディング、研磨などの方法を用いることができるが、ガラス面に微小凹凸形状を形成することのできる方法であればよい。
また、ガラス板11の形成材料としては、シリカガラス等が挙げられるが、特に、これに限定されるわけではない。また、本実施形態では、観察用部材の一具体例としてガラス板11を挙げたが、透明なガラス状の材料であれば、いかなる材料も利用することができる。
【0026】
次に、上記構成の接触状態観察装置1を用いた観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11a(被観察面)の接触状態の観察方法について説明する。
まず、観察対象物Wを支持台22上に載置するとともに、保持板4の位置を所定の位置に調整する。この状態から、アクチュエータ21を駆動して、支持台22上に載置された観察対象物Wを矢印A1の向きに上昇させ、観察対象物Wをガラス板11の凹凸面11aに接触させる。
【0027】
このとき、観察対象物Wは、所定の荷重、あるいは、所定のつぶし率となるようにガラス板11に押し付ける。
ここで、つぶし率とは、観察対象物Wが、たとえば、Oリングの場合、図3に示すように、Oリングの直径をDとし、ガラス板11と支持台22の上面との距離をδとして、(D−δ)/D×100(%)で表される値をいう。
Oリングの一般的な使用条件は、このつぶし率が5〜30%程度である。したがって、つぶし率を5〜30(%)程度の範囲で変化させてOリング表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触状態を観察する。また、研究を目的とする場合には、つぶし率を、たとえば、0〜50(%)の範囲で変化させてOリング表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触状態を観察する。
【0028】
観察対象物Wにガラス板11の凹凸面11aを所定の荷重または所定のつぶし率となるように押し付けた状態で、光源35から光を照射すると、光はガラス板11の平滑面11b側から入射する。
ここで、図4はガラス板11の凹凸面11aと観察対象物Wの表面との接触部の拡大図である。
図4に示すように、観察対象物Wの表面に凹凸が存在すると、観察対象物Wの表面はガラス板11の凹凸面11aとの間に接触領域と非接触領域とが発生する。
図4からわかるように、ガラス板11の凹凸面11aの表面粗さは、観察対象物Wの表面の表面粗さよりも十分に小さくなっているため、観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの間に発生する接触領域と非接触領域は、観察対象物Wの表面の凹凸に応じて発生する。すなわち、ガラス板11の凹凸面11aの表面粗さが大きいと、観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの間に発生する接触領域と非接触領域は、観察対象物Wの表面の凹凸だけでなく、ガラス板11の凹凸面11aの凹凸によっても発生するが、本実施形態ではそのようなことがない。
【0029】
一方、光源35からガラス板11に入射された光Lは、観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触領域では、凹凸面11aを通じて観察対象物Wの表面に一部または全部が透過吸収される。
観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの非接触領域では、ガラス板11の凹凸面11aと観察対象物Wの表面には空気の層が形成され、空気とガラス板11の屈折率は異なるため、光源35からガラス板11に入射された光Lは、凹凸面11aで乱反射する。
【0030】
このことから、観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触部をガラス板11の平滑面11b側から観察すると、観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触領域は暗く見え、非接触領域は明るく見えることになる。
【0031】
このような状態にある観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触部を、顕微鏡鏡筒41によって光学的に拡大し、この光学拡大像をCCDカメラ42で撮像する。
CCDカメラ42から出力された撮像データは、画像処理装置31に入力され、画像処理装置31は、画像データを表示装置32に表示する。さらに、画像処理装置31では、入力された画像データに所定の画像処理を施すことにより、観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの真実接触面積や接触率の分布などのデータ解析を行う。
【0032】
表示装置32に表示された観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触部の拡大画像において、非接触領域は比較的明るい部分として表示され、接触領域は比較的暗い部分として表示され、高コントラストな画像となる。したがって、表示装置32に表示された画像の明暗を観察することにより、観察対象物Wの表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触状態を把握することができる。
【0033】
実施例1
次に、上記構成の接触状態観察装置1を用いた具体的な観察結果について説明する。
観察対象物Wとして、NBR(ニトリル・ブタジエンゴム)製のOリング(内径:φ9.5mm,線径:φ1.5mm)を用い、ガラス板11の凹凸面11aは、所定の粗さの研磨粉を用いたブラスト処理により形成した。
ガラス板2の表面粗さλ/dは、4.5とした。また、微細な接触状態の観察が可能かどうかを検討するために、Oリングにはあらかじめ表面に粗さを付与した。
【0034】
図5は、上記の条件で得られた観察対象物Wとガラス板11の接触状態の観察画像を示す図である。なお、顕微鏡鏡筒41による倍率は200倍である。
図5の観察画像の上部に示した図の、色の濃い領域R1は観察対象物WとしてのOリングの表面がガラス板11の凹凸面11aとの接触によって押し潰された領域、すなわち、接触領域であり、色の薄い領域R2はOリングの表面とガラス板11の凹凸面11aとが接触していない非接触領域を示している。
図5の観察画像からわかるように、接触領域R1と非接触領域R2との境界ははっきりしており、高コントラストな画像が得られている。
さらに、接触領域R1内においても、Oリングの表面に存在する凹凸によってガラス板11の凹凸面11aとの間に発生した非接触領域が存在することを明確に確認することができる。
【0035】
比較例1
比較例として、図6に凹凸面11aが存在しない、すなわち、両面が平滑なガラス板を用いて、図5において説明したのと同じ条件でガラス板とOリングの接触状態を観察した結果を示す。
図6に示す観察画像からわかるように、接触領域R1と非接触領域R2との境界がはっきりせず、すなわち、コントラストが弱く、接触領域R1と非接触領域R2とを明確に分割することが困難であることが判る。
さらに、接触領域R1におけるOリングの表面に存在する凹凸によってガラス板11の表面との間に発生する非接触領域を確認することも困難である。
【0036】
比較例2
さらなる比較例として、図7に、ガラス板11の凹凸面11aを所定の粗さの研磨粉を用いたブラスト処理により形成したものを用いて、図5において説明したのと同じ条件でガラス板とOリングの接触状態を観察した結果を示す。なお、ガラス板1の表面粗さλ/dは、1.5である。すなわち、表面粗さλ/dが図5において説明した場合よりも小さい場合である。
図7からわかるように、接触領域R1と非接触領域R2との境界がはっきりせず、さらに、接触領域R1におけるOリングの表面に存在する凹凸によってガラス板11の表面との間に発生する非接触領域を確認することも困難である。
このことから、表面粗さλ/dが小さすぎる、すなわち、凹凸の間隔が狭すぎると、ガラス板11の凹凸面11aとOリングの表面が接触しても、弾性変形したOリングが凹凸の谷に入らず適切な接触状態が得られず、接触領域でも光の乱反射が発生し易くなることが利用として考えられる。
すなわち、ガラス板11の凹凸面11aの表面粗さは、Oリングの表面の表面粗さよりも十分に小さくする必要があるが、ガラス板11の凹凸面11aとOリングの表面との適切な接触性が得られる程度の範囲にする必要がある。
【0037】
以上のように、本実施形態によれば、ガラス板11に形成した凹凸面11aに発生する光の乱反射を利用して、観察対象物W(Oリング)の表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触領域と非接触領域を明瞭に区別できる高コントラストな画像を得ることができる。
このため、画像処理装置31において、観察対象物W(Oリング)の表面とガラス板11の凹凸面11aとの真の接触面積の解析や、接触領域の分布の解析等を容易にかつ正確に行うことが可能となる。
さらに、本実施形態によれば、観察対象物Wの表面(被観察面)に照射する光の入射方向は特に限定されず、顕微鏡鏡筒41の向きも特に限定されず、かつ、観察対象物W(Oリング)の表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触領域と非接触領域を明瞭に区別できる画像を得ることができる。このため、顕微鏡鏡筒41の光軸をガラス板11に垂直に向け、また、ガラス板11に可能な限り接近させることができるため、観察対象物W(Oリング)の表面とガラス板11の凹凸面11aとの接触部を高倍率に拡大した画像が容易に得られ。
【0038】
第2実施形態
次に、本発明の第2の実施形態として、上記接触状態観察装置を用いた他の観察方法について説明する。
たとえば、シール製品に代表される弾性体は、たとえば、加工した金属面間のシールとして使用される。金属表面は、加工時に塑性変形を生じるという特徴がある。一方、上記したガラス板11を構成するガラス材料は脆性材料であるため、基本的に加工された表面形状が異なる。金属の場合は、塑性変形により、ガラス加工面と比較して滑らかな凹凸形状となる。
すなわち、たとえば、図8(a)に示すように、ガラス板11に形成した凹凸面11aは、上記のガラス材料の性質によって、凹凸面11aの凹凸は鋭角的に尖った状態となっていると考えられる。一方、金属の加工面は、たとえば、図8(b)に示すように、金属板201の加工面201aの凹凸は、上記した金属材料の性質によって、比較的滑らかな凹凸であると考えられる。
【0039】
したがって、上述した実施形態において、ガラス板11の凹凸面11aに観察対象物WであるOリングを接触させたのでは、Oリングの実使用時の状態とは異なる。
本実施形態では、このガラス板11の凹凸面11aの凹凸形状の差異を可能な限り解消するために、たとえば、図8(c)に示すように、ガラス板11の凹凸面11aに透明液体を塗布して透明膜LFを形成する。
【0040】
透明膜LFが形成されたガラス板11の凹凸面11aは、透明膜LFによって凹凸が滑らかになる。
透明膜LFには、ガラス板11を構成する材料と同程度の屈折率を有する透明液体を用いることができる。
【0041】
ガラス板11の凹凸面11aの凹凸の谷部に、透明液体を満たし、かつ、塗布する透明液体の量を調整することによって、谷部の高さを任意に制御することが可能である。
透明液体は、ガラス板11の性状によって、化学構造や粘度などの特定を考慮して適宜選択する。例えば、石英ガラスをガラス板11として使用する場合、ガラスとの濡れ性を考慮し、シリコーンオイルを選定する。
また、シリコーンオイルは、極性官能基を有するものを選定し、より好ましくは、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイルなどの官能基変性シリコーンオイルを選択する。さらに、シリコーンオイルの粘度は、低粘度から高粘度まで、ガラスの種類、表面凹凸形状を考慮して適切に選定する。好ましくは、500cSt以下のシリコーンオイルを使用するのが望ましい。
【0042】
本実施形態に係る接触状態観察方法は、上述したように、ガラス板11の凹凸面11aに透明膜LFが形成されて凹凸が滑らかになった状態のガラス板11を上記構成の接触状態観察装置1に装着して行う。
【0043】
実施例1
ここで、凹凸面11aに透明膜LFが形成されたガラス板11を用いて、観察対象物WとしてのOリングの表面とガラス板11との接触状態を観察した具体的結果について説明する。
なお、ガラス板11の凹凸面11aは、所定の粗さの研磨粉を用いてブラスト処理により形成した。また、接触状態の観察の可能性を検討するために、あらかじめOリングの表面に粗さを付与した。
さらに、シリコーンオイルとして、カルビノール変性シリコーンオイルX−22−160AS(信越化学工業社製)を使用した。このシリコーンオイルの粘度は160cStである。
また、シリコーンオイルのガラス板11の凹凸面11aへの塗布は、いかなる方法も使用することができるが、均一に塗布するためには、例えばスピンコーターなどを使用するのが好ましい。
【0044】
図9は、シリコーンオイル塗布後のガラス板11の凹凸面11aの表面の顕微鏡写真図である。
図9からわかるように、ガラス板11の凹凸面11aとシリコーンオイルによるランダムな海島構造が観察され、これにより目的とする凹凸形状が形成されていることが判る。
【0045】
図10は、凹凸面11aに透明膜LFが形成されたガラス板11と観察対象物Wとの接触状態の観察画像である。
なお、観察対象物Wには、NBR(ニトリル・ブタジエンゴム)製のOリング(線径:φ1.5mm,内径:φ9.5mm)を用いた。
図10の観察画像の上側に示す図において、色の濃い領域R1は観察対象物WとしてのOリングの表面がガラス板11の凹凸面11aとの接触によって押し潰された領域、すなわち、接触領域であり、色の薄い領域R2はOリングの表面とガラス板11の凹凸面11aとが接触していない非接触領域を示している。
図10の観察画像からわかるように、接触領域R1と非接触領域R2との境界ははっきりしており、高コントラストな画像が得られている。
さらに、接触領域R1内においても、Oリングの表面に存在する凹凸によってガラス板11の凹凸面11aとの間に発生した数ミクロン〜数十ミクロン程度の大きさの非接触領域が存在していることを明瞭に観察できる。
【0046】
図11は、図10中の観察画像中の線分A−A’にそった輝度の変化を示すグラフである。なお、輝度は、8bit(256階調)で表示した。
図11において、接触領域R1内の接触部分(色の濃い部分)は、輝度は零に近く、接触領域R1内の非接触部分の輝度が接触部分よりも外側の非接触領域R2と同等の輝度を示しているのがわかる。
すなわち、本実施形態では、接触領域R1と非接触領域R2との境界を明瞭に区別できるだけでなく、接触領域R1内の非接触部分も明瞭に観察できることができる。
【0047】
比較例1
比較例として、図12に、凹凸面11aが形成されていない平滑な面のガラス板を用いた場合の観察画像を示す。また、図13に、図12の観察画像中の線分B−B’にそった輝度分布をそれぞれ示す。
図12および図13から判るように、凹凸面11aが形成されていない平滑な面のガラス板を使用した場合は、接触領域R1と非接触領域R2との境界を識別するのが困難であることが判る。
【0048】
以上のように、本実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果似加えて、観察対象物Wが実際に使用される状態に近い条件での接触状態を再現でき、より正確な接触状態を得ることができる。
【0049】
第3実施形態
本発明の第3の実施形態として、上記構成の接触状態観察装置を用いた他の接触状態観察方法について説明する。
上述した第2の実施形態では、ガラス板11の凹凸面11aに透明液体を塗布して透明膜LFを形成し、ガラス板11の凹凸面11aの状態を観察対象物WであるOリングの実使用時の状態と近似させる構成として、Oリングの接触状態を実使用時に近い状態で再現した。
しかしながら、上述した第2の実施形態では、ガラス板11の凹凸面11aに透明液体であるシリコーンオイルを塗布するため、観察対象物WであるOリングのガラス板11の凹凸面11aによるつぶし量が大きくなると、シリコーンオイルとOリング表面間の濡れ性によって、ガラス板11の凹凸面11aとOリング表面との間に形成される微細な隙間にシリコーンオイルが浸透してしまい、接触領域R1内での非接触部分の観察ができなくなることがある。
【0050】
このため、本実施形態では、ガラス板11の凹凸面11aに透明液体ではなく、固体透明膜を塗布する。固体透明膜は、ガラス板11の屈折率と略同様の屈折率のものを使用する。
固体透明膜の選定は、ガラス板11との密着性を考慮し、適切に選ぶ必要がある。
たとえば、石英ガラスを用いる場合には、固体透明膜としてシロキサン系コート剤を利用することで高い密着性を得ることができる。
固体透明膜の選定、ガラス板11の凹凸面11aへの密着においては、固体透明膜の種類、コーティング方法、硬化(ゲル化)方法、蒸着方法などのいかなる方法についても、本構成を達成する目的で用いることができる。
また、ガラス板11の凹凸面11aの凹凸形状、固体透明膜の特性、コート条件を制御することにより任意の表面凹凸形状を形成することができる。
【0051】
ガラス板11の凹凸面11aに透明液体ではなく、固体透明膜を塗布することで、ガラス板11の凹凸面11aの凹凸は滑らかに調整され、この滑らかになった凹凸によって、ガラス板11に入射した光はその表面で乱反射し、明るく観測される。
このように固体透明膜が塗布されたガラス板11の凹凸面11aを観察対象物WであるOリングに強く押し付けても、固体透明膜は液体透明膜のようにOリング表面との間に形成される微細な隙間に浸透することがなく、ガラス板11とOリング表面との接触状態を明瞭に観察することができる。
【0052】
実施例1
次に、固体透明膜が塗布されたガラス板11と観察対象物WとしてのOリングとの接触状態の具体的な観察結果について説明する。
なお、ガラス板11の凹凸面11aは、所定の粗さの研磨粉を用いてブラスト処理を行った。
また、固体透明膜を形成させるために、シロキサン系ハードコート剤であるKP854(信越化学工業社製)を使用した。
観察対象物Wとして、NBR(ニトリル・ブタジエンゴム)製のOリング(線径:φ1.5mm,内径:φ9.5mm)を用いた。
【0053】
図14は、固体透明膜を形成したガラス板11の凹凸面11aのSPM測定結果を示す図である。
膜形成前では、凹凸面11aの凹凸の高さが7μm以上であったが、膜の形成により凹凸の高さが約1μmで、かつ滑らかな形状を付与することができている。
【0054】
図15は、凹凸面11aに固体透明膜が形成されたガラス板11と観察対象物WとしてのOリングの接触状態の観察画像である。
図15の観察画像の上側に示す図において、色の濃い領域R1は観察対象物WとしてのOリングの表面がガラス板11の凹凸面11aとの接触によって押し潰された領域、すなわち、接触領域であり、色の薄い領域R2はOリングの表面とガラス板11の凹凸面11aとが接触していない非接触領域を示している。
【0055】
図15の観察画像からわかるように、接触領域R1と非接触領域R2との境界ははっきりしており、高コントラストな画像が得られている。
さらに、接触領域R1内においても、Oリングの表面に存在する凹凸によってガラス板11の凹凸面11aとの間に発生した数ミクロン〜数十ミクロン程度の大きさの非接触領域が存在していることを明瞭に観察できる。
【0056】
比較例1
比較例として、図16に第2の実施形態で使用したと同様の流動性を有する透明液体を使用した場合の接触状態の観察画像を示す。なお、透明液体として、シリコーンオイルを使用し、ガラス板11の凹凸面11aは、所定の粗さの研磨粉を用いてブラスト処理を行った。
シリコーンオイルとしては、カルビノール変性シリコーンオイルX−22−160AS(信越化学工業社製)を使用した。粘度は160cStである。また、観察対象物Wは実施例1と同じOリングである。
【0057】
図16から判るように、接触領域R1と非接触領域R2との境界ははっきりしており、高コントラストな画像が得られるが、接触領域R1内において、ガラス板11の凹凸面11aとの間に発生した数ミクロン〜数十ミクロン程度の大きさの非接触部分が観察できないのが判る。
これは、シリコーンオイルとOリング表面間の濡れ性によって、Oリング表面とガラス板11の凹凸面11aとの間に形成される微細な隙間にシリコーンオイルが浸透したためである。
【0058】
【発明の効果】
本発明によれば、たとえば、弾性体からなる観察対象物の被観察面と観察用部材の凹凸面との間の接触状態を高コントラスト、かつ高倍率で観察することができる。この結果、得られた高コントラストな画像を基に所定の画像処理を施して、真実接触面積や接触率分布などのデータ解析を効率的にかつ高精度で行うことが可能となる。
さらに、本発明によれば、観察対象物の任意の表面凹凸形状を有する表面間との接触状態を再現でき、観察対象物が実際に使用される状態での接触状態を正確に再現できこれを観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る接触状態観察装置の構成図である。
【図2】ガラス板11の断面形状の一例を拡大して示す断面図である。
【図3】Oリングのつぶし率を説明するための図である。
【図4】ガラス板11の凹凸面11aと観察対象物Wの表面との接触部の拡大図である。
【図5】観察対象物Wとガラス板11の接触状態の観察画像を示す図である。
【図6】凹凸面11aの無いガラス板11と観察対象物Wとの接触状態の観察画像を示す図である。
【図7】凹凸面11aの表面粗さが小さすぎる場合の、ガラス板11と観察対象物Wとの接触状態の観察画像を示す図である。
【図8】(a)はガラス板11に形成した凹凸面11aの形状の一例を示す断面図であり、(b)は金属の加工面の凹凸形状の一例を示す断面図であり、(c)はガラス板11の凹凸面11aに透明膜を形成した状態を示す断面図である。
【図9】シリコーンオイル塗布後のガラス板11の凹凸面11aの表面の顕微鏡写真図である。
【図10】凹凸面11aに透明膜LFが形成されたガラス板11と観察対象物Wとの接触状態の観察画像である。
【図11】図10中の観察画像中の線分A−A’にそった輝度の変化を示すグラフである。
【図12】凹凸面11aが形成されていない平滑な面のガラス板を用いた場合のガラス板11と観察対象物Wとの接触状態の観察画像を示す図である。
【図13】図12の観察画像中の線分B−B’にそった輝度分布をそれぞれ示す。
【図14】固体透明膜を形成したガラス板11の凹凸面11aのSPM測定結果を示す図である。
【図15】凹凸面11aに固体透明膜が形成されたガラス板11と観察対象物WとしてのOリングの接触状態の観察画像を示す図である。
【図16】第2の実施形態で使用したと同様の流動性を有する透明液体を使用した場合の接触状態の観察画像を示す図である。
【図17】従来の接触状態の観察方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…接触状態観察装置
2…ベース
3…ガイド棒
4…保持板
5…昇降用ハンドル
11…ガラス板
21…アクチュエータ
22…支持台
31…画像処理装置
32…表示装置
35…光源
41…顕微鏡鏡筒
42…CCDカメラ
W…観察対象物
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is, for example, a state of contact with an object to be observed used in contact with or sliding on an object such as a seal surface of a seal product or a surface of a friction material incorporated in a wet clutch for an automatic transmission. The present invention relates to a contact state observation method and apparatus for reproducing and observing the above.
[0002]
[Prior art]
For example, in the control of the sealing function of an elastic seal product typified by rubber, it is important to clearly measure the contact state between the seal product and a contacted object sealed by the seal surface of the seal product. However, since it is difficult to directly observe the state where the seal surface of the seal product is in contact with the contacted object, the contact state between the seal surface to be observed and the surface of the contacted object can be observed. It is necessary to reproduce the state.
For this reason, conventionally, as a method for reproducing the contact state between the surface to be observed and the surface of the contacted object, for example, as disclosed in JP-A-8-247747, a substantially smooth surface is used. A method of observing the contact state by bringing a transparent observation member such as a glass plate or prism into contact with the surface to be observed is employed.
[0003]
Specifically, in JP-A-8-247747, the contact state of the surface to be observed of the sample is observed by a method as shown in FIG.
First, the surface to be observed of the sample 101 is placed on the upper surface of the inverted trapezoidal transparent prism 102, and a thrust load F is applied to the sample 101 through the pressing block 103 to make the sample 101 smooth with the transparent prism 102. Press on top.
On the other hand, a light source 104, a collimator lens 105, a polarizing plate 106, and a quarter wavelength plate 107 are provided below one side of the transparent prism 102, and a polarizing plate 108, a condensing lens 109, and a reflection are provided on the other side. A mirror 110, a CCD camera 111, and an image processing device 112 are provided, and light from the light source 104 passes through a collimator lens 105, a polarizing plate 106, and a ¼ wavelength plate 107 from one side of the transparent prism 102. The light enters perpendicularly into the transparent prism 102 and is reflected by the lower surface, which is the surface to be observed, of the sample 101. The reflected light exits in the vertical direction from the other surface of the transparent prism 102, is reflected by the reflecting mirror 110 through the polarizing plate 108 and the condenser lens 109, and enters the CCD camera 111.
The image data captured by the CCD camera 111 is between the surface to be observed of the sample 101 and the upper surface of the transparent prism 102, and the light incident from the transparent prism 102 side is the surface to be observed of the sample 101 and the upper surface of the transparent prism 102. In the non-contact portion where no contact is made, the light is totally reflected on the upper surface of the transparent prism 102 and is absorbed by the sample 101 in the contact portion, so that an image that is bright in the non-contact portion and relatively dark in the contact portion.
The image processing apparatus 112 multi-values the image data in this state according to, for example, light and dark, and displays the image data on the display device, thereby grasping the contact state between the observation surface of the sample 101 and the transparent prism 102. can do.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional method as described above, an optical system such as the light source 104 or the CCD camera 111 is used to cause total reflection of light at a non-contact portion between the observation surface of the sample 101 and the transparent prism 102. Must be installed with a certain angle with respect to the surface of the sample 101 to be observed.
Therefore, it is necessary to observe the observation surface of the sample 101 from an oblique direction, and the observed image is reduced along the observation direction.
Therefore, in order to observe the true contact state when the surface to be observed of the sample 101 is viewed from the vertical direction, it is necessary to correct the influence of the observation angle.
Further, for example, when it is desired to observe the contact state at a high magnification using a microscope, the observation surface of the sample 101 from the oblique direction is observed compared to the case of observing from the vertical direction. The optical path length with the surface becomes longer. On the other hand, the larger the magnification of the microscope, the shorter the working distance of the microscope lens system, which may be shorter than the above optical path length. There was something I couldn't do.
Further, in the conventional method as described above, the upper surface of the transparent prism 102 is a smooth surface. However, for example, when the sample 101 is a seal product or the like, the surface of an object to be contacted with which the seal surface or the like of the seal product contacts in actual use is not necessarily a smooth surface. In addition, the seal surface of the seal product actually contacts, for example, a metal surface or the like, and the state of the metal surface is different from the state of the glass surface. For this reason, in the conventional methods as described above, the contact state in the actual use state such as the seal surface of the seal product with respect to the contact object having the roughness on the surface cannot be reproduced.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and can reproduce the contact state of the contact surface of the observation object actually used in contact with the contacted object, and the reproduced contact state. It is an object of the present invention to provide a contact state observation method and a contact state observation apparatus that allow detailed and clear observation.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  According to the present invention,
  One surface is uneven, and the other surface facing the one surface is flat, the one surface of the light transmitting glass plate has the same or similar refractive index as the light transmitting glass plate. Applying a translucent material and filling the translucent material in the recesses on the one surface,
  The translucent liquid of the glass plate is filled in a recess.In the state where the unevenness is smoothed byAn elastic observation object is brought into contact with one surface,
  The observation object is elastically deformedDoTo a certain extent, relatively press the observation object and the glass plate,
  In the pressed state, light is emitted from the other surface of the glass plate toward the first surface that is in contact with the observation object,
  In response to the light irradiation, the light-transmitting material of the glass plate is filled in the recesses.In the state where the unevenness is smoothed byDepends on the contact state between the observation object and the one surface on one surfaceBrightness of the observed image from the one surfaceThe state of contact between the observation object and the one surface that changes depending onThe brightness weakness or strength is defined as contact or non-contact between the observation object and the one surface,Magnifying and observing from the one surface of the glass plate,
  A contact state observation method is provided.
[0007]
  Also according to the invention,
  One surface is uneven, and the other surface facing the one surface is flat, and the one surface is made of a light-transmitting material having the same or similar refractive index as the light-transmitting glass plate. The light-transmitting liquid of the light-transmitting glass plate that is coated and filled with the light-transmitting material in the concave portion on the one surface is filled in the concave portion.In the state where the unevenness is smoothed byAn elastic observation object is brought into contact with one surface, and the observation object is elastically deformed.To the extent thatA pressing means for relatively pressing the observation object and the glass plate;
  A light source that emits light from the other surface of the glass plate toward the first surface that is in contact with the observation object in a state in which the observation object is pressed;
  From the one surface of the glass plate accompanying the light irradiation, the light-transmitting material of the glass plate is filled in the recess.The above unevenness has become smoothIn order to observe the contact state between the observation object and the one surface on the one surface,Regarding the contact state between the observation object and the one surface, which changes according to the luminance of the observation image from the one surface depending on the contact state between the observation object and the one surface on the one surface , By defining the low or strong luminance as contact or non-contact between the observation object and the one surface,Optical detection means for optically observing a contact portion between the observation object and the one surface;
  Imaging means for imaging the result detected by the optical detection means;
  Display means for displaying an image captured by the imaging means;
  Is provided.
[0008]
  Preferably, the surface roughness of the unevenness on one surface of the glass plate is sufficiently smaller than the surface roughness of the portion of the observation object that contacts the one surface of the glass plate.
[0009]
  Preferably, the average height (d) of the unevenness of one surface of the glass plate and the unevenness of the contact surface of the observation object in which the observation object and one surface of the glass plate are in contact with each other. The ratio (d / λ) to the average interval (λ) is adjusted to a predetermined value with respect to the surface roughness of the portion of the observation object that contacts one surface of the glass plate.
  More preferably, 3 <λ / d <25 and 1 μm <d <20 μm.
[0010]
  Preferably, the contact portion between the pressed observation object and one surface of the glass plate is observed from one surface of the glass plate by an optical magnifying means.  More preferably, the enlarged image is obtained by making the optical axis of the optical enlarging means substantially perpendicular to one surface of the glass plate.
  More preferably, the enlarged image is picked up by the image pickup means, and the image pickup data is displayed on the display means for observation.
[0011]
  Preferably, the shape of the unevenness on the one surface of the glass plate is adjusted according to the application condition of the translucent material filled in the concave portion on the one surface of the glass plate.
  More preferably, the transparent material is made of a liquid material or a solid material.  Preferably, the elastic observation object is formed of rubber.
[0012]
  In the present invention, one surface is uneven, the other surface facing the one surface is flat, and the one surface has the same or similar refractive index as the translucent glass plate. A glass plate in which the light-transmitting liquid of the light-transmitting glass plate in which the light-transmitting material is applied and the light-transmitting material is filled in the concave portion on the one surface is used.
  An elastic observation object is brought into contact with one surface of the glass plate, and the observation object is elastically deformed.LikeThe observation object and the glass plate are relatively pressed.
  And in the state which pressed the said observation target object, it irradiates light toward the said 1st surface which is in contact with the said observation target object from the said other surface of the said glass plate, and accompanies the irradiation of the said light From the one surface of the glass plate, the observation target is observed in order to observe the contact state between the observation target object and the one surface on the one surface filled with the light-transmitting material of the glass plate. The contact portion between the object and the one surface is optically enlarged and imaged and observed.
[0013]
  Glass plateThe uneven surface and the observation surface of the observation objectBy pressingIn the contact portion, a contact area and a non-contact area with the uneven surface are generated by the unevenness of the surface to be observed.
  From the other side of the glass plateIncident light is incident on the surface to be observed.Uneven portion on one side of glass plateA part or all of the light is absorbed by the surface to be observed in the contact area. In the non-contact region, an air layer is formed between the uneven surface and the surface to be observed, and is irregularly reflected by the uneven surface.
  For this reason,Glass plateThroughOf the observation objectThe surface to be observedGlass plateWhen the contact area and the non-contact area with the uneven surface are observed, the amount of reflected light from the contact area is relatively smaller than the amount of reflected light from the non-contact area, and therefore the contact area becomes relatively dark. The non-contact area becomes relatively bright. As a result, the contrast between the contact area and the non-contact area on the surface to be observed and the uneven surface is clearly generated.
  Further, the contrast between the contact area and the non-contact area on the surface to be observed and the uneven surface can be obtained without tilting the incident angle of light with respect to the observation member, and in any direction regardless of the incident angle of light. It can be observed from.
[0014]
  In the present invention, a glass plateBy making the surface roughness of the uneven surface sufficiently smaller than the surface roughness of the surface to be observed, a contact or non-contact state corresponding to the unevenness of the surface to be observed can be appropriately obtained. That is,Glass plateIf the surface roughness of the uneven surface is larger than the surface roughness of the surface to be observed,Glass plateContact or non-contact state occurs due to any unevenness of the uneven surface, so it is difficult to obtain a contact or non-contact state according to the unevenness of the observed surface,Glass plateBy making the surface roughness of the concavo-convex surface sufficiently small, the contact or non-contact state generated between the concavo-convex surface and the observed surface can be caused only by the unevenness of the observed surface.
[0015]
  In the present invention,Glass plateBy applying a transparent material to the uneven surface ofGlass plateThe uneven surface of the object can be arbitrarily adjusted, for example, it can be an uneven surface in any state depending on the application conditions such as the coating amount of the transparent material and the uneven shape of the uneven surface, It is possible to reproduce the contact state during actual use as accurately as possible.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  First embodiment
  FIG. 1 is a configuration diagram of a contact state observation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  The contact state observation device 1 shown in FIG.(Up and down)The holding plate 4 guided freely, the glass plate 11 held on the lower surface of the holding plate 4, the microscope barrel 41 installed on the holding plate 4, the light source 35, and the microscope barrel 41 were connected. A CCD camera 42, an actuator 21 provided on the base 2 below the holding plate 4, a support base 22 connected to the actuator 21 to support the observation object W, and an image processing device 31 connected to the CCD camera 42. And a display device 32 connected to the image processing device 31.
  Here, the glass plate 11 corresponds to a specific example of the observation member of the present invention, the microscope barrel 41 corresponds to a specific example of the optical magnifying means of the present invention, and the light source 35 is a specific example of the light source of the present invention. Corresponding to the example, the CCD camera 42 corresponds to a specific example of the imaging means of the present invention, and the display device 32 and the image processing device 31 correspond to a specific example of the display means of the present invention.
[0017]
The holding plate 4 is provided so as to be raised and lowered to an arbitrary position of the guide bar 3 by rotating a lifting handle 5 provided on the side of the holding plate 4 in any direction.
The holding plate 4 has an opening 4a, and a glass plate 11 is fixed to the lower portion of the opening 4a.
[0018]
  The actuator 21 supports the support base 22 with a rod 21a.Rod 21aIn the direction of arrows A1 and A2StretchThen, the support base 22 is moved to an arbitrary position in the directions of the arrows A1 and A2. For example, an air cylinder can be used as the actuator 21.
  The support base 22 is supported so that the upper surface thereof is substantially parallel to the glass plate 11, and the observation object W is supported on the upper surface.
  The actuator 21 moves the support base 22 in the direction of the arrow A1, so that the observation object W placed on the support base 22 is moved to the glass plate 11.Press. That is, the actuator 21, the support base 22, and the holding plate 4 holding the glass plate 11 constitute the pressing means of the present invention.
[0019]
The microscope barrel 41 placed on the holding plate 4 is arranged so that its optical axis is substantially perpendicular to the upper surface of the support base 22, and is observed through the opening 4 a of the holding plate 4 and the glass plate 11. The optical image of the object W can be enlarged to an arbitrary magnification.
The CCD camera 42 connected to the microscope barrel 41 is a camera using a charge coupled device, captures an optical image magnified by the microscope barrel 41, and outputs the captured data to the image processing device 31.
[0020]
A light source 35 provided adjacent to the microscope barrel 41 emits light toward the observation object W placed on the support base 22. That is, the light source 35 illuminates the observation object W through the opening 4 a of the holding plate 4.
[0021]
  The image processing device 31 is formed of, for example, a personal computer, captures image data captured by the CCD camera 42 after A / D conversion, and performs predetermined image processing on the captured image data. concretePredetermined image processingWill be described later.
  The display device 32 includes, for example, a CRT or a liquid crystal display device, and displays the image data processed by the image processing device 31 on the screen.
[0022]
The observation object W is, for example, an elastic body such as a rubber seal member, and is used in a state of being in contact with or sliding with another solid surface in actual use, and the contact state is important. There is no particular limitation as long as it has a certain surface to be observed.
[0023]
  FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the cross-sectional shape of the glass plate 11.
  As shown in FIG. 2, one surface of the glass plate 11 is an uneven surface 11a having unevenness, and the other surface is a substantially smooth smooth surface 11b. In addition, the uneven surface 11a is formed on the observation object W.Contact sideIs formed.
  The concavo-convex surface 11a of the glass plate 11 is formed to be finer than the concavo-convex of the surface of the observation object W while having a roughness for causing light incident from the smooth surface 11b side to cause irregular reflection on the concavo-convex surface 11a. .
  The uneven state of the uneven surface 11a is defined by the surface roughness, for example. As shown in FIG. 2, the surface roughness is represented by a ratio λ / d between the average height d of the unevenness of the uneven surface 11a and the average interval λ between the uneven portions of the unevenness.
  When the average height d is the same, the smaller the surface roughness λ / d, the larger the number of irregularities per unit area, and the larger the value of λ / d, the larger the number of irregularities per unit area. Less is.
  In the present embodiment, the surface roughness of the concavo-convex surface 11a is sufficiently smaller than the surface roughness of the surface of the observation object W (surface to be observed), but the value of the surface roughness λ / d is too small. In addition, the surface roughness λ / d needs to be set to an appropriate value for reasons such as deterioration of the contact between the surface of the observation object W and the uneven surface 11a.
[0024]
Specifically, as a result of investigation using an O-ring made of a rubber material having various surface roughness as the observation object W, the glass is so formed as to satisfy the conditions of 3 <λ / d <25, 1 μm <d <20 μm. The unevenness of the uneven surface 11a of the plate 11 is finely formed. More preferably, an uneven surface shape with conditions of 4 <λ / d <20, 2 μm <d <10 μm is desirable.
[0025]
In order to form the uneven surface 11a of the glass plate 11, a method such as blasting, etching, molding, polishing, or the like can be used, but any method that can form a minute uneven shape on the glass surface may be used.
Moreover, as a forming material of the glass plate 11, although silica glass etc. are mentioned, it is not necessarily limited to this. Moreover, in this embodiment, although the glass plate 11 was mentioned as an example of the member for observation, as long as it is a transparent glass-like material, what kind of material can be utilized.
[0026]
Next, a method for observing the contact state between the surface of the observation object W and the concavo-convex surface 11a (observed surface) of the glass plate 11 using the contact state observation apparatus 1 having the above configuration will be described.
First, the observation object W is placed on the support base 22, and the position of the holding plate 4 is adjusted to a predetermined position. From this state, the actuator 21 is driven to raise the observation object W placed on the support base 22 in the direction of the arrow A1, and the observation object W is brought into contact with the uneven surface 11a of the glass plate 11.
[0027]
At this time, the observation object W is pressed against the glass plate 11 so as to have a predetermined load or a predetermined crushing rate.
Here, the crushing rate is, for example, when the observation object W is an O-ring, the diameter of the O-ring is D and the distance between the glass plate 11 and the upper surface of the support base 22 is δ as shown in FIG. As (D−δ) / D × 100 (%).
As for the general use conditions of the O-ring, this crushing rate is about 5 to 30%. Therefore, the crushing rate is changed in a range of about 5 to 30 (%), and the contact state between the O-ring surface and the uneven surface 11a of the glass plate 11 is observed. For the purpose of research, the crushing rate is changed within a range of 0 to 50 (%), for example, and the contact state between the O-ring surface and the uneven surface 11a of the glass plate 11 is observed.
[0028]
When light is irradiated from the light source 35 in a state where the uneven surface 11a of the glass plate 11 is pressed against the observation object W so as to have a predetermined load or a predetermined crushing rate, the light is incident from the smooth surface 11b side of the glass plate 11. To do.
Here, FIG. 4 is an enlarged view of a contact portion between the uneven surface 11 a of the glass plate 11 and the surface of the observation object W.
As shown in FIG. 4, when unevenness exists on the surface of the observation object W, a contact region and a non-contact region are generated between the surface of the observation object W and the uneven surface 11 a of the glass plate 11.
As can be seen from FIG. 4, the surface roughness of the uneven surface 11 a of the glass plate 11 is sufficiently smaller than the surface roughness of the surface of the observation object W, so that the surface of the observation object W and the glass plate 11 The contact area and the non-contact area generated between the uneven surface 11a are generated according to the unevenness of the surface of the observation object W. That is, when the surface roughness of the uneven surface 11 a of the glass plate 11 is large, the contact area and the non-contact area generated between the surface of the observation object W and the uneven surface 11 a of the glass plate 11 are the same as those of the observation object W. This occurs not only due to the unevenness of the surface but also due to the unevenness of the uneven surface 11a of the glass plate 11, but this is not the case in this embodiment.
[0029]
On the other hand, the light L incident on the glass plate 11 from the light source 35 is partially or on the surface of the observation object W through the uneven surface 11a in the contact area between the surface of the observation object W and the uneven surface 11a of the glass plate 11. All are permeated and absorbed.
In a non-contact region between the surface of the observation object W and the uneven surface 11 a of the glass plate 11, an air layer is formed on the uneven surface 11 a of the glass plate 11 and the surface of the observation object W. Since the refractive indexes are different, the light L incident on the glass plate 11 from the light source 35 is irregularly reflected by the uneven surface 11a.
[0030]
From this, when the contact portion between the surface of the observation object W and the uneven surface 11a of the glass plate 11 is observed from the smooth surface 11b side of the glass plate 11, the surface of the observation object W and the uneven surface 11a of the glass plate 11 are observed. The contact area will appear dark and the non-contact area will appear bright.
[0031]
The contact portion between the surface of the observation object W in such a state and the concavo-convex surface 11a of the glass plate 11 is optically enlarged by the microscope barrel 41, and this optical enlarged image is taken by the CCD camera.
The imaging data output from the CCD camera 42 is input to the image processing device 31, and the image processing device 31 displays the image data on the display device 32. Further, the image processing device 31 performs predetermined image processing on the input image data, thereby obtaining data such as the true contact area and contact ratio distribution between the surface of the observation object W and the uneven surface 11a of the glass plate 11. Analyze.
[0032]
In the enlarged image of the contact portion between the surface of the observation object W displayed on the display device 32 and the uneven surface 11a of the glass plate 11, the non-contact region is displayed as a relatively bright portion, and the contact region is a relatively dark portion. The image is displayed and has a high contrast. Therefore, by observing the brightness and darkness of the image displayed on the display device 32, the contact state between the surface of the observation object W and the uneven surface 11a of the glass plate 11 can be grasped.
[0033]
Example 1
Next, a specific observation result using the contact state observation apparatus 1 having the above configuration will be described.
As an observation object W, an N-ring (nitrile butadiene rubber) O-ring (inner diameter: φ9.5 mm, wire diameter: φ1.5 mm) is used, and the uneven surface 11 a of the glass plate 11 is a polishing powder having a predetermined roughness. It was formed by blasting using
The surface roughness λ / d of the glass plate 2 was 4.5. Further, in order to examine whether or not a fine contact state can be observed, the surface of the O-ring was previously roughened.
[0034]
FIG. 5 is a diagram showing an observation image of the contact state between the observation object W and the glass plate 11 obtained under the above conditions. The magnification by the microscope barrel 41 is 200 times.
In the drawing shown in the upper part of the observation image in FIG. 5, the dark region R1 is a region where the surface of the O-ring as the observation object W is crushed by contact with the uneven surface 11a of the glass plate 11, that is, contact. The light-colored region R2 is a non-contact region where the surface of the O-ring and the uneven surface 11a of the glass plate 11 are not in contact with each other.
As can be seen from the observed image in FIG. 5, the boundary between the contact region R1 and the non-contact region R2 is clear, and a high-contrast image is obtained.
Furthermore, even in the contact region R1, it can be clearly confirmed that there is a non-contact region generated between the uneven surface 11a of the glass plate 11 due to the unevenness existing on the surface of the O-ring.
[0035]
Comparative Example 1
As a comparative example, FIG. 6 shows a result of observing the contact state between the glass plate and the O-ring under the same conditions as described in FIG. 5 using a glass plate that does not have the uneven surface 11a, that is, both surfaces are smooth. .
As can be seen from the observation image shown in FIG. 6, the boundary between the contact region R1 and the non-contact region R2 is not clear, that is, the contrast is weak and it is difficult to clearly separate the contact region R1 and the non-contact region R2. It turns out that it is.
Furthermore, it is also difficult to confirm a non-contact area generated between the surface of the glass plate 11 due to the unevenness present on the surface of the O-ring in the contact area R1.
[0036]
Comparative Example 2
As a further comparative example, in FIG. 7, the surface of the glass plate 11 with the irregular surface 11 a formed by blasting using a polishing powder having a predetermined roughness was used. The result of having observed the contact state of O-ring is shown. The surface roughness λ / d of the glass plate 1 is 1.5. That is, the surface roughness λ / d is smaller than that described with reference to FIG.
As can be seen from FIG. 7, the boundary between the contact region R1 and the non-contact region R2 is not clear, and the non-uniformity generated between the surface of the glass plate 11 due to the unevenness present on the surface of the O-ring in the contact region R1. It is also difficult to confirm the contact area.
Therefore, if the surface roughness λ / d is too small, that is, if the interval between the irregularities is too narrow, even if the irregular surface 11a of the glass plate 11 and the surface of the O-ring are in contact, the elastically deformed O-ring is irregular. It is conceivable as an application that an appropriate contact state cannot be obtained without entering a valley and that irregular reflection of light easily occurs even in the contact region.
That is, the surface roughness of the uneven surface 11a of the glass plate 11 needs to be sufficiently smaller than the surface roughness of the surface of the O-ring, but appropriate contact between the uneven surface 11a of the glass plate 11 and the surface of the O-ring. It is necessary to make it within a range where the properties can be obtained.
[0037]
As described above, according to the present embodiment, the surface of the observation object W (O-ring) and the uneven surface 11a of the glass plate 11 are utilized using the irregular reflection of light generated on the uneven surface 11a formed on the glass plate 11. A high-contrast image can be obtained in which the contact area and the non-contact area can be clearly distinguished.
For this reason, in the image processing apparatus 31, the analysis of the true contact area between the surface of the observation object W (O-ring) and the concavo-convex surface 11a of the glass plate 11, the analysis of the distribution of the contact region, and the like can be performed easily and accurately. Can be done.
Furthermore, according to the present embodiment, the incident direction of light applied to the surface (observed surface) of the observation object W is not particularly limited, and the direction of the microscope barrel 41 is not particularly limited, and the observation object An image can be obtained in which the contact area and the non-contact area between the surface of the W (O-ring) and the uneven surface 11a of the glass plate 11 can be clearly distinguished. For this reason, since the optical axis of the microscope barrel 41 can be oriented perpendicularly to the glass plate 11 and as close to the glass plate 11 as possible, the surface of the observation object W (O-ring) and the glass plate 11 An image obtained by enlarging the contact portion with the uneven surface 11a at a high magnification can be easily obtained.
[0038]
Second embodiment
Next, another observation method using the contact state observation apparatus will be described as a second embodiment of the present invention.
For example, an elastic body represented by a seal product is used as a seal between processed metal surfaces, for example. The metal surface is characterized by plastic deformation during processing. On the other hand, since the glass material which comprises the above-mentioned glass plate 11 is a brittle material, the processed surface shape differs fundamentally. In the case of metal, it becomes a smooth uneven shape as compared with the glass processed surface due to plastic deformation.
That is, for example, as shown in FIG. 8A, the uneven surface 11 a formed on the glass plate 11 is in a state where the uneven surface 11 a is sharply sharp due to the properties of the glass material. Conceivable. On the other hand, as shown in FIG. 8B, for example, the unevenness of the processed surface 201a of the metal plate 201 is considered to be a relatively smooth unevenness due to the properties of the metal material described above.
[0039]
Therefore, in the above-described embodiment, when the O-ring that is the observation object W is brought into contact with the uneven surface 11a of the glass plate 11, the state of the O-ring is different from that in actual use.
In this embodiment, in order to eliminate the difference in the uneven shape of the uneven surface 11a of the glass plate 11 as much as possible, for example, as shown in FIG. 8C, a transparent liquid is applied to the uneven surface 11a of the glass plate 11. The transparent film LF is formed by coating.
[0040]
The uneven surface 11a of the glass plate 11 on which the transparent film LF is formed is smoothed by the transparent film LF.
For the transparent film LF, a transparent liquid having the same refractive index as the material constituting the glass plate 11 can be used.
[0041]
It is possible to arbitrarily control the height of the valleys by filling the irregularities on the irregular surface 11a of the glass plate 11 with the transparent liquid and adjusting the amount of transparent liquid to be applied.
The transparent liquid is appropriately selected depending on the properties of the glass plate 11 in consideration of the identification of chemical structure and viscosity. For example, when quartz glass is used as the glass plate 11, silicone oil is selected in consideration of wettability with glass.
Further, a silicone oil having a polar functional group is selected, and a functional group-modified silicone oil such as an epoxy-modified silicone oil, a carboxyl-modified silicone oil, or a carbinol-modified silicone oil is more preferably selected. Furthermore, the viscosity of the silicone oil is appropriately selected from a low viscosity to a high viscosity in consideration of the type of glass and the surface uneven shape. Preferably, it is desirable to use a silicone oil of 500 cSt or less.
[0042]
In the contact state observation method according to the present embodiment, as described above, the contact state observation apparatus having the above-described configuration is used in which the transparent film LF is formed on the uneven surface 11a of the glass plate 11 and the unevenness is smooth. 1 is performed.
[0043]
Example 1
Here, the specific result which observed the contact state of the surface of the O-ring as the observation target object W and the glass plate 11 using the glass plate 11 in which the transparent film LF was formed in the uneven | corrugated surface 11a is demonstrated.
The uneven surface 11a of the glass plate 11 was formed by blasting using a polishing powder having a predetermined roughness. In order to examine the possibility of observing the contact state, the surface of the O-ring was previously given roughness.
Furthermore, carbinol-modified silicone oil X-22-160AS (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used as the silicone oil. The silicone oil has a viscosity of 160 cSt.
In addition, any method can be used to apply the silicone oil to the uneven surface 11a of the glass plate 11, but in order to apply it uniformly, it is preferable to use, for example, a spin coater.
[0044]
FIG. 9 is a photomicrograph of the surface of the irregular surface 11a of the glass plate 11 after application of silicone oil.
As can be seen from FIG. 9, the uneven surface 11a of the glass plate 11 and a random sea-island structure with silicone oil are observed, and it can be seen that the desired uneven shape is formed.
[0045]
FIG. 10 is an observation image of a contact state between the observation target object W and the glass plate 11 on which the transparent film LF is formed on the uneven surface 11a.
The observation object W was an O-ring (wire diameter: φ1.5 mm, inner diameter: φ9.5 mm) made of NBR (nitrile butadiene rubber).
In the figure shown on the upper side of the observation image in FIG. 10, the dark region R1 is a region where the surface of the O-ring as the observation object W is crushed by contact with the uneven surface 11a of the glass plate 11, that is, a contact region. The lightly colored region R2 indicates a non-contact region where the surface of the O-ring and the uneven surface 11a of the glass plate 11 are not in contact.
As can be seen from the observed image in FIG. 10, the boundary between the contact region R1 and the non-contact region R2 is clear, and a high-contrast image is obtained.
Further, even in the contact region R1, there is a non-contact region having a size of about several microns to several tens of microns generated between the uneven surface 11a of the glass plate 11 due to the unevenness existing on the surface of the O-ring. This can be clearly observed.
[0046]
FIG. 11 is a graph showing a change in luminance along the line segment A-A ′ in the observation image in FIG. 10. Note that the luminance was displayed in 8 bits (256 gradations).
In FIG. 11, the contact portion (dark portion) in the contact region R1 has a luminance close to zero, and the luminance of the non-contact portion in the contact region R1 is equal to that of the non-contact region R2 outside the contact portion. You can see that.
That is, in this embodiment, not only can the boundary between the contact region R1 and the non-contact region R2 be clearly distinguished, but also the non-contact portion in the contact region R1 can be clearly observed.
[0047]
Comparative Example 1
As a comparative example, FIG. 12 shows an observation image in the case of using a smooth glass plate on which the uneven surface 11a is not formed. FIG. 13 shows the luminance distribution along the line segment B-B ′ in the observation image of FIG.
As can be seen from FIG. 12 and FIG. 13, when a smooth glass plate on which the uneven surface 11a is not formed is used, it is difficult to identify the boundary between the contact region R1 and the non-contact region R2. I understand.
[0048]
As described above, according to this embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment described above, it is possible to reproduce the contact state under a condition close to the state in which the observation object W is actually used. An accurate contact state can be obtained.
[0049]
Third embodiment
As a third embodiment of the present invention, another contact state observation method using the contact state observation apparatus having the above-described configuration will be described.
In the second embodiment described above, a transparent liquid is applied to the uneven surface 11a of the glass plate 11 to form the transparent film LF, and the state of the uneven surface 11a of the glass plate 11 is changed to the actual state of the O-ring that is the observation object W. As a configuration that approximates the state at the time of use, the contact state of the O-ring was reproduced in a state close to that at the time of actual use.
However, in the second embodiment described above, since the silicone oil that is a transparent liquid is applied to the uneven surface 11a of the glass plate 11, the amount of crushing by the uneven surface 11a of the glass plate 11 of the O-ring that is the observation object W is reduced. When it becomes larger, due to the wettability between the silicone oil and the O-ring surface, the silicone oil penetrates into the fine gap formed between the uneven surface 11a of the glass plate 11 and the O-ring surface, and in the contact region R1 It may become impossible to observe the non-contact portion.
[0050]
For this reason, in this embodiment, not a transparent liquid but a solid transparent film is applied to the uneven surface 11a of the glass plate 11. A solid transparent film having a refractive index substantially the same as that of the glass plate 11 is used.
The solid transparent film needs to be selected appropriately in consideration of the adhesion with the glass plate 11.
For example, when quartz glass is used, high adhesion can be obtained by using a siloxane-based coating agent as the solid transparent film.
In selecting a solid transparent film and in close contact with the concavo-convex surface 11a of the glass plate 11, the object of achieving this configuration is any method such as the type of solid transparent film, a coating method, a curing (gelling) method, and a vapor deposition method. Can be used.
Moreover, arbitrary surface uneven | corrugated shape can be formed by controlling the uneven | corrugated shape of the uneven surface 11a of the glass plate 11, the characteristic of a solid transparent film, and coating conditions.
[0051]
By applying a solid transparent film instead of a transparent liquid on the irregular surface 11a of the glass plate 11, the irregularity of the irregular surface 11a of the glass plate 11 is adjusted smoothly, and the smooth irregularities make it incident on the glass plate 11. The reflected light is diffusely reflected on the surface and brightly observed.
Thus, even if the uneven surface 11a of the glass plate 11 coated with the solid transparent film is strongly pressed against the O-ring which is the observation object W, the solid transparent film is formed between the O-ring surface like the liquid transparent film. The contact state between the glass plate 11 and the O-ring surface can be clearly observed without penetrating into the fine gaps formed.
[0052]
Example 1
Next, a specific observation result of the contact state between the glass plate 11 coated with the solid transparent film and the O-ring as the observation object W will be described.
The uneven surface 11a of the glass plate 11 was blasted using a polishing powder having a predetermined roughness.
Moreover, in order to form a solid transparent film, KP854 (made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) which is a siloxane hard coat agent was used.
As an observation object W, an N-ring (nitrile butadiene rubber) O-ring (wire diameter: φ1.5 mm, inner diameter: φ9.5 mm) was used.
[0053]
FIG. 14 is a diagram showing the SPM measurement result of the uneven surface 11a of the glass plate 11 on which the solid transparent film is formed.
Before the film formation, the height of the unevenness of the uneven surface 11a was 7 μm or more. However, the formation of the film gave a smooth shape with the height of the unevenness of about 1 μm.
[0054]
FIG. 15 is an observation image of a contact state between the glass plate 11 on which the solid transparent film is formed on the uneven surface 11a and the O-ring as the observation object W.
In the figure shown on the upper side of the observation image in FIG. 15, the dark region R1 is a region where the surface of the O-ring as the observation object W is crushed by contact with the uneven surface 11a of the glass plate 11, that is, a contact region. The lightly colored region R2 indicates a non-contact region where the surface of the O-ring and the uneven surface 11a of the glass plate 11 are not in contact.
[0055]
As can be seen from the observed image in FIG. 15, the boundary between the contact region R1 and the non-contact region R2 is clear, and a high-contrast image is obtained.
Further, even in the contact region R1, there is a non-contact region having a size of about several microns to several tens of microns generated between the uneven surface 11a of the glass plate 11 due to the unevenness existing on the surface of the O-ring. This can be clearly observed.
[0056]
Comparative Example 1
As a comparative example, FIG. 16 shows an observation image of a contact state when a transparent liquid having the same fluidity as that used in the second embodiment is used. Silicone oil was used as the transparent liquid, and the concavo-convex surface 11a of the glass plate 11 was blasted using a polishing powder having a predetermined roughness.
As the silicone oil, carbinol-modified silicone oil X-22-160AS (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used. The viscosity is 160 cSt. The observation object W is the same O-ring as in the first embodiment.
[0057]
As can be seen from FIG. 16, the boundary between the contact region R1 and the non-contact region R2 is clear, and a high-contrast image is obtained. However, in the contact region R1, between the uneven surface 11a of the glass plate 11 It can be seen that the generated non-contact portion having a size of several microns to several tens of microns cannot be observed.
This is because the silicone oil penetrates into the fine gap formed between the O-ring surface and the uneven surface 11a of the glass plate 11 due to the wettability between the silicone oil and the O-ring surface.
[0058]
【The invention's effect】
According to the present invention, for example, the contact state between the observed surface of the observation object made of an elastic body and the uneven surface of the observation member can be observed with high contrast and high magnification. As a result, predetermined image processing is performed based on the obtained high-contrast image, and data analysis such as the true contact area and the contact rate distribution can be performed efficiently and with high accuracy.
Furthermore, according to the present invention, it is possible to reproduce the contact state between the surfaces having an arbitrary surface irregularity shape of the observation object, and accurately reproduce the contact state in a state where the observation object is actually used. Can be observed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a contact state observation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an example of a sectional shape of a glass plate 11;
FIG. 3 is a diagram for explaining a crushing rate of an O-ring.
4 is an enlarged view of a contact portion between the uneven surface 11a of the glass plate 11 and the surface of the observation object W. FIG.
FIG. 5 is a view showing an observation image of a contact state between an observation object W and a glass plate 11;
FIG. 6 is a view showing an observation image of a contact state between a glass plate 11 without an uneven surface 11a and an observation object W.
7 is a view showing an observation image of a contact state between the glass plate 11 and the observation object W when the surface roughness of the concavo-convex surface 11a is too small. FIG.
8A is a cross-sectional view showing an example of the shape of the uneven surface 11a formed on the glass plate 11, and FIG. 8B is a cross-sectional view showing an example of the uneven shape of the metal processed surface; ) Is a cross-sectional view showing a state in which a transparent film is formed on the uneven surface 11 a of the glass plate 11.
FIG. 9 is a photomicrograph of the surface of the irregular surface 11a of the glass plate 11 after application of silicone oil.
FIG. 10 is an observation image of a contact state between a glass plate 11 with a transparent film LF formed on an uneven surface 11a and an observation object W.
11 is a graph showing a change in luminance along a line segment A-A ′ in the observation image in FIG. 10;
12 is a diagram showing an observation image of a contact state between the glass plate 11 and the observation object W when a smooth glass plate on which the uneven surface 11a is not formed is used. FIG.
13 shows a luminance distribution along line B-B ′ in the observation image of FIG.
FIG. 14 is a diagram showing the SPM measurement result of the uneven surface 11a of the glass plate 11 on which the solid transparent film is formed.
15 is a view showing an observation image of a contact state between a glass plate 11 having a solid transparent film formed on an uneven surface 11a and an O-ring as an observation object W. FIG.
FIG. 16 is a view showing an observation image of a contact state when a transparent liquid having the same fluidity as that used in the second embodiment is used.
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a conventional contact state observation method.
[Explanation of symbols]
1 ... Contact state observation device
2 ... Base
3 ... guide rod
4 ... Holding plate
5 ... Elevating handle
11 ... Glass plate
21 ... Actuator
22 ... Support stand
31. Image processing apparatus
32 ... Display device
35 ... Light source
41 ... Microscope tube
42 ... CCD camera
W ... Observation object

Claims (16)

一方の面が凹凸しており、該一方の面と対向する他方の面が平坦である透光性ガラス板の前記一方の面に前記透光性ガラス板と同じまたは同程度の屈折率を有する透光性材料を塗布して前記一方の面の凹部に前記透光性材料を満たし、
前記ガラス板の前記透光性液体が凹部に満たされることで上記凹凸が滑らかになった状態の前記一方の面に弾性観察対象物を当接させ、
前記観察対象物が弾性変形する程度まで、前記観察対象物と前記ガラス板を相対的に押圧し、
前記押圧した状態で、前記ガラス板の前記他方の面から、前記観察対象物と接触している前記第1の面に向けて光を照射し、
前記光の照射に応じて、前記ガラス板の透光性材料が凹部に満たされることで上記凹凸が滑らかになった状態の前記一方の面における前記観察対象物と前記一方の面との接触状態に依存する前記一方の面からの観察画像の輝度に応じて変化する前記観察対象物と前記一方の面との接触状態に関して、前記輝度の弱または強を、前記観察対象物と前記一方の面との接触または非接触と規定することにより、前記ガラス板の前記一方の面から拡大して撮像して、観察する、
接触状態観察方法。
One surface is uneven, and the other surface facing the one surface is flat, the one surface of the light transmitting glass plate has the same or similar refractive index as the light transmitting glass plate. Applying a translucent material and filling the translucent material in the recesses on the one surface,
The translucent liquid is filled in the recess abut the resilient observation object to the one surface in a state where the asperities became smooth Rukoto of the glass plate,
To the extent that the observed object is elastically deformed, and relatively pressing the glass plate and the observation object,
In the pressed state, light is emitted from the other surface of the glass plate toward the first surface that is in contact with the observation object,
According to the irradiation of the light, contact with the observation object and the one surface translucent material is in Rukoto filled in the recess in the one surface in a state where the asperities became smoother of the glass plate With respect to the contact state between the observation object and the one surface, which changes according to the luminance of the observation image from the one surface depending on the state , the weakness or strongness of the luminance is expressed as the observation object and the one surface. By enlarging and observing from the one surface of the glass plate by stipulating contact or non-contact with the surface,
Contact state observation method.
前記ガラス板の一方の面の凹凸の表面粗さは、前記観察対象物の前記ガラス板の一方の面と接触する部分の表面粗さよりも十分小さい、
請求項1に記載の接触状態観察方法。
The surface roughness of the irregularities on one surface of the glass plate is sufficiently smaller than the surface roughness of the portion that contacts the one surface of the glass plate of the observation object,
The contact state observation method according to claim 1.
前記押圧されている観察対象物と前記ガラス板の一方の面との接触部分を前記ガラス板の一方の面から光学拡大手段によって拡大して観察する、
請求項1に記載の接触状態観察方法。
The contact portion between the pressed observation object and one surface of the glass plate is enlarged and observed from one surface of the glass plate by an optical magnifying means.
The contact state observation method according to claim 1.
前記光学拡大手段の光軸を前記ガラス板の一方の面に対して実質的に垂直にして前記拡大画像を得る、
請求項3に記載の接触状態観察方法。
The optical axis of the optical magnifying means is substantially perpendicular to one surface of the glass plate to obtain the magnified image.
The contact state observation method according to claim 3.
前記ガラス板の一方の面の凹凸の平均的高さ(d)と、前記観察対象物と前記ガラス板の一方の面とが接触している前記観察対象物の接触面の凹凸の平均的間隔(λ)との比(d/λ)が前記観察対象物の前記ガラス板の一方の面と接触する部分の表面粗さに対して所定の値に調整されている、
請求項1に記載の接触状態観察方法。
The average height (d) of the unevenness on one surface of the glass plate and the average distance between the unevenness on the contact surface of the observation object where the observation object and one surface of the glass plate are in contact with each other The ratio (d / λ) to (λ) is adjusted to a predetermined value with respect to the surface roughness of the portion of the observation object that contacts one surface of the glass plate,
The contact state observation method according to claim 1.
3<λ/d<25、かつ、1μm<d<20μmである、
請求項5に記載の接触状態観察方法。
3 <λ / d <25 and 1 μm <d <20 μm.
The contact state observation method according to claim 5.
前記拡大画像を撮像手段によって撮像し、当該撮像データを表示手段に表示して観察する
請求項3に記載の接触状態観察方法。
The contact state observation method according to claim 3, wherein the enlarged image is captured by an imaging unit, and the imaging data is displayed on a display unit and observed.
前記ガラス板の一方の面の凹部に満たされた前記透光性材料の塗布条件によって前記ガラス板の一方の面の前記凹凸の形状を調整する
請求項1に記載の接触状態観察方法。
The contact state observation method according to claim 1, wherein the shape of the unevenness on one surface of the glass plate is adjusted according to the application condition of the translucent material filled in the concave portion on one surface of the glass plate.
前記透明性材料は、液体材料からなる
請求項8に記載の接触状態観察方法。
The contact state observation method according to claim 8, wherein the transparent material is made of a liquid material.
前記透明性材料は、固体材料からなる
請求項8に記載の接触状態観察方法。
The contact state observation method according to claim 8, wherein the transparent material is made of a solid material.
前記弾性観察対象物は、ゴムで形成されている、
請求項1に記載の接触状態観察方法。
The elastic observation object is formed of rubber.
The contact state observation method according to claim 1.
一方の面が凹凸しており、該一方の面と対向する他方の面が平坦であり、前記一方の面に前記透光性ガラス板と同じまたは同程度の屈折率を有する透光性材料を塗布して前記一方の面の凹部に前記透光性材料を満たした透光性ガラス板の前記透光性液体が凹部に満たされることで上記凹凸が滑らかになった状態の前記一方の面に弾性観察対象物を当接させ、当該観察対象物が弾性変形する程度まで、前記観察対象物と前記ガラス板を相対的に押しつける、押しつけ手段と、
前記観察対象物を押圧した状態で、前記ガラス板の前記他方の面から、前記観察対象物と接触している前記第1の面に向けて光を照射する光源と、
前記光の照射に伴う前記ガラス板の前記一方の面から、前記ガラス板の透光性材料が凹部に満たされることで上記凹凸が滑らかになった状態の前記一方の面における前記観察対象物と前記一方の面との接触状態を観察するため、前記一方の面における前記観察対象物と前記一方の面との接触状態に依存する前記一方の面からの観察画像の輝度に応じて変化する前記観察対象物と前記一方の面との接触状態に関して、前記輝度の弱または強を、前記観察対象物と前記一方の面との接触または非接触と規定することにより、前記観察対象物と前記一方の面との接触部分を光学的に観察する光学検出手段と、
前記光学検出手段で検出した結果を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段による撮像画像を表示する表示手段と
を有する接触状態観察装置。
One surface is uneven, and the other surface facing the one surface is flat, and the one surface is made of a light-transmitting material having the same or similar refractive index as the light-transmitting glass plate. the one surface in a state in which the light transmitting liquid coating to satisfy the light-transmitting material in the recess of the one surface translucent glass plate becomes smooth the uneven at Rukoto filled in the recess A pressing means for pressing the observation object and the glass plate relative to each other until the elastic observation object is brought into contact with the elastic observation object;
A light source that emits light from the other surface of the glass plate toward the first surface that is in contact with the observation object in a state in which the observation object is pressed;
From the one surface of the glass plate due to the irradiation of the light, the observation object in the one surface in a state in which light-transmitting material of the glass plate becomes smooth the uneven at Rukoto filled in the recess Change in accordance with the brightness of the observation image from the one surface depending on the contact state between the observation object on the one surface and the one surface. With respect to the contact state between the observation object and the one surface, the luminance weakness or strength is defined as contact or non-contact between the observation object and the one surface. An optical detection means for optically observing a contact portion with one surface;
Imaging means for imaging the result detected by the optical detection means;
A contact state observation device comprising: a display unit configured to display an image captured by the imaging unit.
前記ガラス板の一方の面の凹凸の表面粗さは、前記観察対象物の前記ガラス板の一方の面と接触する部分の表面粗さよりも十分小さい、
請求項12に記載の接触状態観察装置。
The surface roughness of the irregularities on one surface of the glass plate is sufficiently smaller than the surface roughness of the portion that contacts the one surface of the glass plate of the observation object,
The contact state observation apparatus according to claim 12.
前記ガラス板の一方の面の凹部に満たされた前記透光性材料の塗布条件によって前記ガラス板の一方の面の前記凹凸の形状が調整されている、
請求項12に記載の接触状態観察装置。
The shape of the unevenness on one surface of the glass plate is adjusted by the application condition of the translucent material filled in the concave portion on one surface of the glass plate,
The contact state observation apparatus according to claim 12.
前記透明性材料は、液体材料からなる
請求項14に記載の接触状態観察装置。
The contact state observation apparatus according to claim 14, wherein the transparent material is made of a liquid material.
前記透明性材料は、固体材料からなる
請求項14に記載の接触状態観察装置。
The contact state observation apparatus according to claim 14, wherein the transparent material is made of a solid material.
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