JP5614682B2 - Underwater moving device using adhesive structure - Google Patents
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Description
本発明は、接着構造体を用いた水中移動装置に関するものである。
The present invention relates to an underwater moving device using an adhesive structure.
水中で固体表面同士を接着する場合、一般には吸盤（特許文献１及び特許文献２参照）や、水中で使用可能な接着剤（非特許文献１参照）などが利用されている。 When adhering solid surfaces to each other in water, a suction cup (see Patent Documents 1 and 2), an adhesive that can be used in water (see Non-Patent Document 1), and the like are generally used.
水中硬化タイプのエポキシ樹脂（特許文献３参照）や水中接着タンパク質（特許文献４及び特許文献５参照）などの接着剤は、水中下においても硬化し、高い接合強度を発現することができるが、その接合を剥離することは容易ではなく、一度剥がれると、再度固体表面同士を接着、つまり再接着することはできない。 Adhesives such as an underwater curing type epoxy resin (see Patent Document 3) and an underwater adhesive protein (see Patent Document 4 and Patent Document 5) can be cured even under water, and can exhibit high bonding strength. It is not easy to peel off the joint. Once peeled off, the solid surfaces cannot be bonded again, that is, cannot be bonded again.
吸盤は、水中下でも使用でき再使用が可能ではあるが、剥離を迅速に行うのは困難である。吸盤を水中で移動させる場合、平坦な表面に吸着した状態では平行移動を容易に行うことができるが、起伏のある表面での移動は困難である。このため、水中のある表面に接合した物体を当該表面に沿って水中で移動させるには迅速な接着や剥離と表面の起伏に対応する仕組みが必要である。 The suction cup can be used even under water and can be reused, but it is difficult to quickly remove it. When the suction cup is moved in water, parallel movement can be easily performed in a state where the suction cup is adsorbed on a flat surface, but movement on a rough surface is difficult. For this reason, in order to move an object joined to a certain surface in water along the surface in water, a mechanism corresponding to quick adhesion and peeling and surface undulation is necessary.
本発明は上記課題に鑑み、液体中で繰り返し接着を行うことができる接着構造体を用いた水中移動装置を提供することを目的としている。
The present invention is intended to provide an underwater mobile device using an adhesive structure which can be performed in view of the above problems, repeatedly in a liquid adhesive.
本発明者は、ハムシは陸上でのみ生息する昆虫であるが、ハムシが足の下に空気を固定し水中を自由に歩行することを発見し、ハムシは足の裏の剛毛に泡を固定し被着表面上と着脱を可能にしていることを見出し、本発明に到達した。 The present inventor found that the beetle is an insect that inhabits only on land, but the beetle fixes the air under the foot and walks freely in the water, and the beetle fixes the foam on the bristles on the sole of the foot. The present inventors have found that it is possible to attach and detach with respect to the adherend surface and arrived at the present invention.
上記の目的を達成するため、本発明の水中移動装置は、基部と基部上に形成される突起からなる気泡保持部とを備え、気泡保持部は、水中で気泡を保持する接着構造体を用いた水中移動装置であって、前記接着構造体が、車輪に配設されていることを特徴とする。
Use order to achieve the above object, underwater vehicle device of the present invention is provided with a bubble retaining portion comprising a projection formed on the base and the base, the bubble holding portion, the bonding structure that holds the bubbles in water a water moving device had, the adhesive structure, characterized in that disposed on the wheel.
上記構成において、気泡保持部は、好ましくは、接着構造体が挿入される液体に対して接触角が大きい材料からなる。
さらに、好ましくは気泡保持部に気泡となる気体を送出する送風手段を備えている。
In the above configuration, the bubble holding portion is preferably made of a material having a large contact angle with respect to the liquid into which the adhesive structure is inserted.
Furthermore, it is preferable that the air bubble holding unit is provided with a blowing unit that sends out gas that becomes air bubbles.
上記の水中移動装置の構成において、接着構造体が、前記車輪に代えて、キャタピラーに配設されるようにしてもよい。
In the configuration of the underwater moving device , the adhesion structure may be disposed on the caterpillar instead of the wheel .
本発明の水中移動装置において、上記接着構造体によれば、接着構造体の気泡保持部と液体中に配置された基板とを気泡保持部に保持した泡の力で接着することができ、かつ繰り返し接着することができる。
In the underwater moving device of the present invention, according to the adhesive structure, the bubble holding part of the adhesive structure and the substrate disposed in the liquid can be bonded with the force of the bubbles held in the bubble holding part, and Can be bonded repeatedly.
本発明の接着構造体を用いた水中移動装置によれば、液体中の通路を自由に走行させることができる。 According to the underwater moving device using the adhesive structure of the present invention, it is possible to freely travel the passage in the liquid.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る接着構造体１を模式的に示す図であり、それぞれ、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のI-I線に沿う断面を示している。
図１に示すように、接着構造体１は、基部２と基部２上に形成された気泡保持部３とから構成されている。基部２と気泡保持部３は、接着構造体１が挿入される液体５に対して接触角の大きい材料からなる。液体５が水や海水の場合には、接着構造体１の材料は撥水性が高い樹脂を使用することができる。撥水性が高い材料の水５に対する接触角は大凡９０°以上である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams schematically showing an adhesive structure 1 according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view and FIG. 1B is a cross-section taken along line II in FIG. Show.
As shown in FIG. 1, the bonding structure 1 includes a base portion 2 and a bubble holding portion 3 formed on the base portion 2. The base 2 and the bubble holder 3 are made of a material having a large contact angle with respect to the liquid 5 into which the bonding structure 1 is inserted. When the liquid 5 is water or seawater, a resin having high water repellency can be used as the material of the bonding structure 1. The contact angle of the water-repellent material with respect to the water 5 is approximately 90 ° or more.
このような撥水性が高い樹脂としては、シリコーン樹脂やフッ素樹脂や疎水性ポリマーを用いることができる。 As such a resin having high water repellency, a silicone resin, a fluororesin, or a hydrophobic polymer can be used.
気泡保持部３は、複数の突起３Ａからなる。各突起３Ａは、図1（Ａ）に示すように基部２の上面から上方へ真直ぐに延びるように形成されている。突起３Ａの１本の直径は６００μｍ程度であり、各突起３Ａは上方へ行くにつれて直径が次第に小さくなるように形成されている。突起３Ａの１本の基部２上面からの高さ、つまり突起の長さは２．５ｍｍ程度である。気泡保持部３の突起数は、基部２に対して、後述する空気等の気体からなる泡、つまり気泡が十分に保持できる空間７が確保されるようにすればよい。 The bubble holding unit 3 includes a plurality of protrusions 3A. As shown in FIG. 1A, each protrusion 3A is formed so as to extend straight from the upper surface of the base 2 upward. One protrusion 3A has a diameter of about 600 μm, and each protrusion 3A is formed such that its diameter gradually decreases as it goes upward. The height of the protrusion 3A from the upper surface of the single base portion 2, that is, the length of the protrusion is about 2.5 mm. The number of protrusions of the bubble holding unit 3 may be such that a space 7 in which bubbles made of a gas such as air, which will be described later, that is, bubbles can be sufficiently held, is secured with respect to the base 2.
図２は、本発明の第１の実施形態に係る接着構造体１を水５中の物体６に接着させる手法を模式的に示す図である。
先ず、図２に示すように、接着構造体１を水５中の下部に配設された物体６上に載置する。ここでは、説明のため物体６は基板であるとする。接着構造体１は、気泡保持部３側の面を物体６に対向させるようにして、物体６の平坦な面上に載せられる。
次に、接着構造体１の気泡保持部３と基板６との間の領域、つまり空間７へ送風手段８によって気体８Ａを送り込む。
これにより、気泡保持部３と基板６との間の領域に泡、つまり気泡９が形成される。気体８Ａは例えば空気である。送風手段８は、例えば注射器や送風用ポンプを使用することができる。接着構造体１の気泡保持部３と基板６との間に生じる気泡９によって接着構造体１と基板６とが接着される。つまり、接着構造体１と基板６とは、気泡保持部３内の気泡９によって接着されている。本発明では、気泡９を気泡保持部３によって保持する接着構造体１を接着側と呼び、接着構造体１が接着する対象物である基板６を被着側とも称する。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a method of bonding the bonding structure 1 according to the first embodiment of the present invention to the object 6 in the water 5.
First, as shown in FIG. 2, the bonding structure 1 is placed on the object 6 disposed in the lower part of the water 5. Here, for the sake of explanation, it is assumed that the object 6 is a substrate. The bonding structure 1 is placed on the flat surface of the object 6 such that the surface on the bubble holding unit 3 side faces the object 6.
Next, the gas 8 </ b> A is sent into the region between the bubble holding part 3 and the substrate 6 of the bonding structure 1, that is, the space 7 by the blowing means 8.
Thereby, bubbles, that is, bubbles 9 are formed in a region between the bubble holding unit 3 and the substrate 6. The gas 8A is, for example, air. As the blowing means 8, for example, a syringe or a blowing pump can be used. The bonding structure 1 and the substrate 6 are bonded to each other by the bubbles 9 generated between the bubble holding unit 3 of the bonding structure 1 and the substrate 6. That is, the bonding structure 1 and the substrate 6 are bonded by the bubbles 9 in the bubble holding unit 3. In the present invention, the bonding structure 1 that holds the bubbles 9 by the bubble holding unit 3 is referred to as an adhesion side, and the substrate 6 that is an object to which the bonding structure 1 is bonded is also referred to as a deposition side.
接着構造体１と基板６との剥離強度を、気泡９の付着力と呼ぶことにする。この気泡９の付着力は、接着側の基部２の気泡保持部３が形成される側の表面２Ａ、接着側の突起３Ａ、そして被着側の表面６Ａで囲まれた空間７に存在する気泡９の表面張力Ｆｔとラプラス力Ｆｐと気泡９を引っ張った時の体積変化による内圧の変化ΔPにより生じている。気泡９の付着力は内部圧力の負圧が大きいほど大きくなる。気泡保持部３の長さが一定の場合には、気泡９の体積量に対して気泡９の付着力は直線的に比例する。気泡９は、接着側表面２Ａと被着側表面６Ａの両方に接することができる体積が必要である。気泡９が接着側の表面２Ａと被着側の表面６Ａの両方に接していない場合には、付着力の起源である圧力減少が生じない。 The peel strength between the bonding structure 1 and the substrate 6 will be referred to as the adhesion force of the bubbles 9. The adhering force of the bubbles 9 is the bubbles existing in the space 7 surrounded by the surface 2A on the side where the bubble holding part 3 of the base 2 on the bonding side is formed, the protrusion 3A on the bonding side, and the surface 6A on the adhesion side. The surface tension Ft, the Laplace force Fp, and the internal pressure change ΔP due to the volume change when the bubble 9 is pulled. The adhesion force of the bubbles 9 increases as the negative pressure of the internal pressure increases. When the length of the bubble holding unit 3 is constant, the adhesion force of the bubble 9 is linearly proportional to the volume of the bubble 9. The bubble 9 needs to have a volume capable of contacting both the adhesion side surface 2A and the adhesion side surface 6A. When the bubble 9 is not in contact with both the surface 2A on the adhesion side and the surface 6A on the adhesion side, the pressure reduction that is the origin of the adhesive force does not occur.
図３は、接着側を被着側の表面に対して垂直に被着側から離れるように引いた時の気泡９の体積の変化を模式的に示す図であり、それぞれ、（Ａ）は引く前の接着構造体１と基板６との断面図、（Ｂ）は引く前の気泡保持部３の透視上面図、（Ｃ）は垂直に引いた時の接着構造体１と基板６との断面図、（Ｄ）は垂直に引いた時の気泡保持部３の透視上面図を示している。
図３（Ａ）から図３（Ｃ）に示すように、接着側を表面に対して垂直に引いた時、気泡９の体積が増加する。気泡９の体積増加により内部圧力は減少し付着力が増加する。接着側の表面２Ａと接触する気泡９の端部９Ａは、内部圧力減少を緩和させる方向、つまり図中の矢印Ｐで示すように移動する。図３（Ｂ）及び図３（Ｄ）は、突起３Ａの最も外側の様子を示しており、突起３Ａ間を結ぶ実線が気泡９の端部９Ａである。
これにより、気泡保持部３は気泡９を接着側に固定するのみならず、圧力減少による端部９Ａの変移を抑える役割を果たしている。この際、気泡９の端部９Ａの変移は、被着側の表面エネルギーないしは表面の濡れ性に影響される。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a change in the volume of the bubbles 9 when the adhesion side is pulled away from the adhesion side perpendicularly to the surface on the adhesion side. Sectional view of the previous bonding structure 1 and the substrate 6, (B) is a perspective top view of the bubble holder 3 before pulling, and (C) is a section of the bonding structure 1 and the substrate 6 when pulled vertically. FIG. 4D shows a transparent top view of the bubble holding unit 3 when pulled vertically.
As shown in FIGS. 3A to 3C, when the adhesion side is pulled perpendicular to the surface, the volume of the bubbles 9 increases. As the volume of the bubble 9 increases, the internal pressure decreases and the adhesion increases. The end 9A of the bubble 9 in contact with the adhesion-side surface 2A moves in the direction that reduces the decrease in internal pressure, that is, as indicated by the arrow P in the figure. 3B and 3D show the outermost state of the protrusion 3A, and the solid line connecting the protrusions 3A is the end 9A of the bubble 9. FIG.
Thereby, the bubble holding | maintenance part 3 has played the role which suppresses the transition of the edge part 9A by not only fixing the bubble 9 to the adhesion | attachment side but pressure reduction. At this time, the transition of the end 9A of the bubble 9 is influenced by the surface energy on the deposition side or the wettability of the surface.
接着側と被着側の疎水性が低い方の表面と接している気泡９の端は変移し易い。このため、接着側に気泡９を固定したい場合は、被着側よりも疎水性の高い素材で表面及び気泡保持部３の構造を作製する必要がある。 The ends of the bubbles 9 that are in contact with the surface having the lower hydrophobicity on the adhesion side and the adherence side are easily changed. For this reason, when it is desired to fix the bubbles 9 on the bonding side, it is necessary to produce the surface and the structure of the bubble holding part 3 with a material having a higher hydrophobicity than the adherence side.
接着構造体１の気泡９による接着強度は、接着側の材料の性質と被着側の材料の性質に依存し、液体５が水の場合には、疎水性の表面への吸着強度の方が親水性の表面への吸着より高くなる。被着側表面６Ａが疎水性、つまり水との濡れ性が低い特性を有する材料は、気泡９と被着側表面６Ａの界面エネルギーが高いため、気泡９の端部９Ａの変移による気泡９と被着側表面６Ａの界面エネルギーの減少が大きくなる。このため、気泡９の付着力が高くなる。 The adhesion strength of the bonding structure 1 due to the bubbles 9 depends on the properties of the material on the adhesion side and the material on the adhesion side, and when the liquid 5 is water, the adsorption strength on the hydrophobic surface is better. Higher than adsorption on hydrophilic surfaces. The material having the property that the adhesion-side surface 6A is hydrophobic, that is, the low wettability with water has a high interface energy between the bubbles 9 and the adhesion-side surface 6A. The reduction in the interfacial energy of the deposition side surface 6A is increased. For this reason, the adhesive force of the bubbles 9 is increased.
逆に、濡れ性の高い被着側表面６Ａは、気泡９と基板６の間に薄い水の膜ができ付着力が弱くなったり、気泡９の端部９Ａの変移による泡９と被着側表面６Ａの界面エネルギー減少が小さく、上記の変移が小さい力で生じるため付着力は弱くなり、好ましくない。 On the other hand, the adhesion-side surface 6A with high wettability has a thin water film between the bubble 9 and the substrate 6 and the adhesion is weakened. The decrease in the interfacial energy of the surface 6A is small, and the above-described transition occurs with a small force.
基部２の表面上に形成する気泡保持部３は、気泡９が気泡保持部３の基板６に達する長さ以下とする。つまり、接着構造体１が気泡を保持している状態で突起３Ａが気泡９から突出しない長さに設定されている。この場合、接着側の表面６Ａに気泡９が接している状態である。気泡９は接着側の突起３Ａの根元から先端までに達し、基部２の表面上に広がる量とすればよい（図２参照）。図２では、気泡９が接着側の母体、つまり、接着構造体１の基部２に接触しているので、気泡９による接着力は高くなる。 The bubble holding part 3 formed on the surface of the base part 2 has a length equal to or shorter than the length at which the bubbles 9 reach the substrate 6 of the bubble holding part 3. That is, the length is set such that the protrusion 3 </ b> A does not protrude from the bubble 9 in a state where the bonding structure 1 holds the bubble. In this case, the bubbles 9 are in contact with the surface 6A on the bonding side. The bubble 9 may be an amount that reaches from the base to the tip of the protrusion 3A on the bonding side and spreads on the surface of the base 2 (see FIG. 2). In FIG. 2, since the bubbles 9 are in contact with the base on the bonding side, that is, the base 2 of the bonding structure 1, the bonding force by the bubbles 9 is increased.
気泡保持部３により保持された気泡９の接着強度は、気泡９の気液界面と接する突起３Ａの密度には依存しない。ただし、突起３Ａの密度の高さは接着側への気泡９の固定し易さに効果的である。気泡保持部３により保持された気泡９の接着強度は、気泡９の体積に依存する。 The adhesive strength of the bubbles 9 held by the bubble holding unit 3 does not depend on the density of the protrusions 3A that are in contact with the gas-liquid interface of the bubbles 9. However, the high density of the protrusions 3A is effective for facilitating fixing of the bubbles 9 to the bonding side. The adhesive strength of the bubbles 9 held by the bubble holding unit 3 depends on the volume of the bubbles 9.
図４は、接着構造体１と基板６との間に挿入される気泡９の体積が不十分な場合を示す模式図であり、それぞれ（Ａ）は気泡９が極めて少ない場合を、（Ｂ）は気泡９が少ない場合を示している。
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、何れも、気泡９が接着側の母体、つまり、接着構造体１の基部２と被着側とに接触していないので、気泡９による接着力は低く、望ましくない。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a case where the volume of the bubbles 9 inserted between the bonding structure 1 and the substrate 6 is insufficient, and (A) shows a case where the bubbles 9 are very few. Indicates a case where the number of bubbles 9 is small.
4 (A) and 4 (B), since the bubble 9 is not in contact with the base on the bonding side, that is, the base 2 of the bonding structure 1 and the adherend side, the bonding force by the bubble 9 is low. Is not desirable.
次に、接着構造体１への気泡９の供給について説明する。
図５は、接着構造体１の外部から気泡９を供給する方法を説明するための図であり、それぞれ、（Ａ）は単一の空気供給口を用いる場合、（Ｂ）は複数の空気供給口を用いる場合を示している。
図５（Ａ）に示す送風手段８は、単一の空気供給口から接着構造体１の気泡保持部３へ気泡９を供給するので、比較的面積の小さい接着構造体１に適している。
一方、図５（Ｂ）に示す送風手段８は、複数の空気供給口から接着構造体１の気泡保持部３へ気泡９を供給するので、比較的面積の大きい接着構造体１に適している。
Next, the supply of the bubbles 9 to the bonding structure 1 will be described.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining a method of supplying the bubbles 9 from the outside of the bonding structure 1. FIG. 5A shows a case where a single air supply port is used, and FIG. The case where the mouth is used is shown.
The air blowing means 8 shown in FIG. 5 (A) is suitable for the bonding structure 1 having a relatively small area because it supplies the bubbles 9 from the single air supply port to the bubble holding part 3 of the bonding structure 1.
On the other hand, the air blowing means 8 shown in FIG. 5 (B) is suitable for the adhesive structure 1 having a relatively large area because the air bubbles 9 are supplied from the plurality of air supply ports to the bubble holding part 3 of the adhesive structure 1. .
さらに、接着構造体１への気泡９の別の供給方法について説明する。
図６は、基板６の外部から気泡９を供給する別の方法を説明するための図であり、（Ａ）は疎水性の基板６上に送風手段８で気泡９を供給している状態を、（Ｂ）は（Ａ）の気泡９が付着された基板６に接着構造体を載置させた状態を示す。
図６（Ａ）に示すように、水中に置かれた疎水性の基板６上に送風手段８としてピペットを用い、気泡９を基板６の表面に付ける。
次に、図６（Ｂ）に示すように、気泡９が付着した基板６の表面に接着構造体１を接触させる。このとき、基板６側の気泡を接着構造体１の接着側の表面２Ａに接触させる。これにより、気泡９を接着構造体１の突起３Ａの間に固定し、接着構造体１を基板６に固定できる。さらに、接着構造体１を基板６から剥がし、気泡９を基板６から接着構造体１に移動させることもできる。
Furthermore, another method for supplying the bubbles 9 to the bonding structure 1 will be described.
FIG. 6 is a view for explaining another method of supplying the bubbles 9 from the outside of the substrate 6. FIG. 6A shows a state in which the bubbles 9 are supplied by the blowing means 8 onto the hydrophobic substrate 6. (B) shows a state in which the adhesive structure is placed on the substrate 6 to which the bubbles 9 of (A) are attached.
As shown in FIG. 6 (A), a bubble 9 is attached to the surface of the substrate 6 by using a pipette as the air blowing means 8 on the hydrophobic substrate 6 placed in water.
Next, as shown in FIG. 6B, the bonding structure 1 is brought into contact with the surface of the substrate 6 to which the bubbles 9 are attached. At this time, the bubbles on the substrate 6 side are brought into contact with the surface 2A on the bonding side of the bonding structure 1. Thereby, the bubble 9 can be fixed between the protrusions 3 </ b> A of the bonding structure 1, and the bonding structure 1 can be fixed to the substrate 6. Furthermore, the adhesive structure 1 can be peeled off from the substrate 6, and the bubbles 9 can be moved from the substrate 6 to the adhesive structure 1.
図６（Ｂ）に示すように、構造物１２に接着構造体１を付けると、構造物１２を水中の基板６の表面に固定することができる。構造物１２は何でもよい。 As shown in FIG. 6B, when the bonding structure 1 is attached to the structure 12, the structure 12 can be fixed to the surface of the substrate 6 in water. The structure 12 may be anything.
図７は、接着構造体１の基部２側から気泡９を供給する場合を示す断面図であり、（Ａ）は単一の空気供給口を用いる場合、（Ｂ）は複数の空気供給口を用いる場合を示している。
図７（Ａ）に示すように、接着構造体１の基部２は接着構造体１に固定される構造物１２に配設されている。送風用の通路１４は、接着構造体１の構造物１２から基部２を貫通するように配設されている。空気は、送風手段８から送風用の単一の通路１４を介して気泡保持部３に供給され気泡９が形成されるので、比較的面積の小さい接着構造体１に適している。
一方、図７（Ｂ）では、接着構造体１の基部２には複数の送風用の通路１４が配設されている。空気は、送風手段８から送風用の複数の通路１４を介して気泡保持部３に供給されて複数の気泡９が形成されるので、比較的面積の大きい接着構造体１に適している。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the case where the bubbles 9 are supplied from the base 2 side of the bonding structure 1, where (A) uses a single air supply port, and (B) shows a plurality of air supply ports. The case where it uses is shown.
As shown in FIG. 7A, the base 2 of the adhesive structure 1 is disposed on a structure 12 fixed to the adhesive structure 1. The air passage 14 is disposed so as to penetrate the base portion 2 from the structure 12 of the bonding structure 1. Since air is supplied from the blowing means 8 to the bubble holding unit 3 through the single passage 14 for blowing and bubbles 9 are formed, it is suitable for the adhesive structure 1 having a relatively small area.
On the other hand, in FIG. 7B, a plurality of air passages 14 are disposed in the base portion 2 of the bonding structure 1. Since air is supplied from the blowing means 8 to the bubble holding unit 3 through the plurality of passages 14 for blowing to form a plurality of bubbles 9, it is suitable for the adhesive structure 1 having a relatively large area.
（接着構造体１を用いた構造物１２の水中固定方法の応用例１）
図８は、接着構造体１を用いて構造物１２を水中で固定する場合の応用例１を説明するための図であり、（Ａ）は接着構造体１の接着面積の小さい場合、（Ｂ）は接着構造体１の接着面積の大きい場合を示している。
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、接着構造体１の基部２は構造物１２の下部に固定するように配設されており、水５中の基板６に気泡９を介して接着されている。
図８（Ａ）に示す接着構造体１は、構造物１２の取付位置の寸法と同じ寸法に構成されており、図８（Ｂ）に示す接着構造体１は、構造物１２の取付位置の寸法よりも大きく形成されている。この場合、図８（Ｂ）に示す接着構造体１では、図８（Ａ）に示す接着構造体１よりも、構造体６に対する付着力を大きくすることができる。このように、基部２や気泡保持部３の大きさは、水５中の基板６に接着させる構造物１２の大きさに応じて決めればよい。
(Application example 1 of the underwater fixing method of the structure 12 using the adhesive structure 1)
FIG. 8 is a diagram for explaining an application example 1 in the case where the structure 12 is fixed in water using the bonding structure 1, and FIG. 8A illustrates a case where the bonding area of the bonding structure 1 is small (B ) Shows a case where the bonding area of the bonding structure 1 is large.
As shown in FIGS. 8A and 8B, the base 2 of the adhesive structure 1 is disposed so as to be fixed to the lower part of the structure 12, and the substrate 6 in the water 5 is interposed through the bubbles 9. It is glued.
The bonding structure 1 shown in FIG. 8A is configured to have the same dimensions as the mounting position of the structure 12, and the bonding structure 1 shown in FIG. It is formed larger than the dimension. In this case, in the adhesive structure 1 illustrated in FIG. 8B, the adhesion force to the structure 6 can be increased as compared with the adhesive structure 1 illustrated in FIG. Thus, the size of the base 2 and the bubble holding unit 3 may be determined according to the size of the structure 12 to be bonded to the substrate 6 in the water 5.
（接着構造体１を用いた構造物１２の応用例２）
図９は、構造物の基板接着面積の小さい接着構造体を用いた構造物の応用例２を示す断面図であり、（Ａ）は接着前、（Ｂ）は接着構造体の基板６への移動、（Ｃ）は基板６から接着構造体を剥がしているところを示している。
図９（Ａ）に示すように、接着構造体１を用いた構造物１２において、気泡保持部３に気泡９を形成する。
(Application example 2 of the structure 12 using the adhesive structure 1)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an application example 2 of a structure using an adhesive structure having a small substrate bonding area of the structure, where (A) is before bonding, and (B) is the bonding structure to the substrate 6. The movement, (C), shows that the adhesive structure is peeled off from the substrate 6.
As shown in FIG. 9A, bubbles 9 are formed in the bubble holder 3 in the structure 12 using the adhesive structure 1.
次に、図示しないが、人力又は動力を用いて、接着構造体１を用いた構造物１２を液体中の基板６に載置することによって、接着構造体１を用いた構造物１２を液体中の基板６に接着することができる。 Next, although not shown, the structure 12 using the bonding structure 1 is placed in the liquid by placing the structure 12 using the bonding structure 1 on the substrate 6 in the liquid using human power or power. The substrate 6 can be adhered.
次に、図９（Ｂ）に示すように、構造物１２を人力又は動力を用いて移動することによって、液体中の基板６を任意の場所に移動することができる。 Next, as shown in FIG. 9B, the substrate 6 in the liquid can be moved to an arbitrary place by moving the structure 12 using human power or power.
接着構造体１を用いた構造物１２を液体中の基板６から剥離する場合には、図９（Ｃ）に示すように、構造物１２の一端に人力又は動力を用いて力（Ｆ）を印加することによって、接着構造体１を用いた構造物１２を液体中の基板６から容易に剥離することができる。 When the structure 12 using the bonding structure 1 is peeled from the substrate 6 in the liquid, as shown in FIG. 9C, a force (F) is applied to one end of the structure 12 using human power or power. By applying, the structure 12 using the bonding structure 1 can be easily peeled from the substrate 6 in the liquid.
図１０は、接着構造体１を用いた構造物１２が図９に示すものよりも大きい場合を示している。接着構造体１を用いた構造物１２が複数の気泡保持部３を有する以外は、図９の場合と同様である。 FIG. 10 shows a case where the structure 12 using the bonded structure 1 is larger than that shown in FIG. Except that the structure 12 using the bonded structure 1 has a plurality of bubble holding portions 3, it is the same as the case of FIG.
（接着構造体１を用いた構造物１２の応用例３）
図１１は、接着構造体１を用いた構造物１２の応用例３を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
図１１に示すように、接着構造体１を用いた構造物１２は、楕円形状の構造物１２が複数の脚部１６を介して接着構造体１に接続されている。これにより、立体形状の構造物１２を、液体中の基板６に接着することができる。つまり、立体形状の構造物１２を、接着構造体１を介して液体中の基板６に固定することができる。さらに、上記した構造物１２の基板６への接着と剥離を繰り返して行うことによって、構造物１２を基板６の表面上で移動させることが可能となる。
(Application example 3 of the structure 12 using the adhesive structure 1)
FIGS. 11A and 11B are diagrams showing an application example 3 of the structure 12 using the bonding structure 1, in which FIG. 11A is a front view and FIG. 11B is a side view.
As shown in FIG. 11, in the structure 12 using the bonded structure 1, the elliptical structure 12 is connected to the bonded structure 1 via a plurality of legs 16. Accordingly, the three-dimensional structure 12 can be bonded to the substrate 6 in the liquid. That is, the three-dimensional structure 12 can be fixed to the substrate 6 in the liquid via the bonding structure 1. Furthermore, the structure 12 can be moved on the surface of the substrate 6 by repeatedly performing adhesion and peeling of the structure 12 to the substrate 6.
（気泡保持部３の変形例）
図１２は、接着構造体１の気泡保持部３の変形例を示す部分図であり、それぞれ、（Ａ）は変形例１の上面図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図、（Ｃ）は変形例２の上面図、（Ｄ）は（Ｃ）の側面図、（Ｅ）は変形例３の上面図、（Ｆ）は（Ｅ）の側面図を示している。
図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示す接着構造体１は、屈折している細長い突起３Ａの先端に突起３Ａの長さ方向と異なる方向へ延出した延長部３Ｂを有する。この延長部３Ｂは接着表面６Ａに平行な突片として形成されている。
図１２（Ｃ）、（Ｄ）に示す接着構造体１は、延長部３Ｂが針先状に形成されている。
図１２（Ｅ）、（Ｆ）に示す接着構造体１は、延長部３Ｂが雨滴型に形成されている。
なお、図１２（Ｃ）〜（Ｆ）に示す接着構造体１では、突起３Ａが傾斜して形成されている。
(Modification of the bubble holder 3)
12A and 12B are partial views showing a modified example of the bubble holding unit 3 of the bonding structure 1, wherein FIG. 12A is a top view of the modified example 1, FIG. 12B is a side view of FIG. Is a top view of Modification Example 2, (D) is a side view of (C), (E) is a top view of Modification Example 3, and (F) is a side view of (E).
An adhesive structure 1 shown in FIGS. 12A and 12B has an extension 3B that extends in a direction different from the length direction of the protrusion 3A at the tip of the refracting elongated protrusion 3A. The extension 3B is formed as a protruding piece parallel to the bonding surface 6A.
In the adhesive structure 1 shown in FIGS. 12C and 12D, the extension 3B is formed in a needle tip shape.
In the adhesive structure 1 shown in FIGS. 12E and 12F, the extension 3B is formed in a raindrop shape.
In the adhesive structure 1 shown in FIGS. 12C to 12F, the protrusions 3A are inclined.
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る接着構造体１を用いた水中移動装置２０について説明する。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る接着構造体１を用いた水中移動装置２０の模式図であり、それぞれ（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図を示している。
図１３に示すように、接着構造体１を用いた水中移動装置２０は、車両と類似の構造を有しており、シャーシ２１上に配設される２つの車軸２２と、この２つの車軸２２の両端に接続される４つの車輪２３と、この４つの車輪２３のそれぞれの表面全面に配設される接着構造体１と、これらの接着構造体１に気泡９となる気体８Ａを送出する送風手段８等から構成されている。
図１３（Ａ）に示すように、水中移動装置の接着構造体１の気泡保持部３に送風手段８から気泡９が供給されることによって、４つの車輪２３の基板６との接触部は、基板６に接着される状態となる。
さらに、図１３（Ｂ）に示すように、車軸２２が進行方向に回転すると、接着構造体１の気泡保持部３において、基板６に接触していない部分は剥離するので、車輪２３の進行と共に気泡保持部３は基板６上を回転移動する。
(Second Embodiment)
The underwater moving device 20 using the bonding structure 1 according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 13 is a schematic diagram of the underwater moving device 20 using the bonding structure 1 according to the second embodiment of the present invention, in which (A) shows a front view and (B) shows a side view.
As shown in FIG. 13, the underwater moving device 20 using the adhesive structure 1 has a structure similar to that of a vehicle, and includes two axles 22 disposed on a chassis 21 and the two axles 22. The four wheels 23 connected to both ends of each of the four wheels 23, the adhesive structure 1 disposed on the entire surface of each of the four wheels 23, and the air that sends the gas 8A that becomes the bubbles 9 to these adhesive structures 1 It is comprised from the means 8 grade | etc.,.
As shown in FIG. 13 (A), when the bubbles 9 are supplied from the blowing means 8 to the bubble holding part 3 of the bonding structure 1 of the underwater moving device, the contact parts of the four wheels 23 with the substrate 6 are: A state of being bonded to the substrate 6 is obtained.
Furthermore, as shown in FIG. 13B, when the axle 22 rotates in the traveling direction, the portion of the bubble holding portion 3 of the adhesive structure 1 that does not contact the substrate 6 is peeled off. The bubble holder 3 rotates on the substrate 6.
（第２の実施形態の変形例１）
本発明の第２の実施形態に係る接着構造体１を用いた水中移動装置の変形例１について説明する。
図１４は、水中移動装置変形例２０Ａの動作を示す模式図であり、それぞれ（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
図１４に示すように、この水中移動装置２０Ａが図１３の水中移動装置２０と異なるのは、図１３の車輪２３に部分的に接着構造体１を設けた点にある。つまり、本実施形態では、車輪２３の外周に複数の接着構造体の端部が、車輪２３の表面に固定されて取り付けられている。
図１４（Ｂ）に示すように、接着構造体１が進行方向に回転すると、接着構造体１の進行と共に気泡保持部３は基板６上で接着しつつ移動する。
(Modification 1 of 2nd Embodiment)
Modification 1 of the underwater moving device using the bonding structure 1 according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 14 is a schematic diagram showing the operation of the underwater mobile device modification 20A, in which (A) is a front view and (B) is a side view.
As shown in FIG. 14, the underwater moving device 20A is different from the underwater moving device 20 in FIG. 13 in that the bonding structure 1 is partially provided on the wheel 23 in FIG. That is, in the present embodiment, the ends of the plurality of adhesive structures are fixedly attached to the surface of the wheel 23 on the outer periphery of the wheel 23.
As shown in FIG. 14B, when the bonding structure 1 rotates in the traveling direction, the bubble holding unit 3 moves while bonding on the substrate 6 as the bonding structure 1 moves.
（第２の実施形態の変形例２）
本発明の第２の実施形態に係る接着構造体１を用いた水中移動装置２０Ｂの変形例について説明する。
図１５は、水中移動装置の変形例２０Ｂの動作を示す模式図であり、それぞれ（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
図１５に示すように、この水中移動装置が図１３の水中移動装置２０と異なるのは、図１３の車輪２３の代わりにキャタピラー２５を用いた点にある。このキャタピラー２５のベルト２５Ａが接着構造体１で構成され、ベルト２５Ａの表面から複数の突起３Ａが突出しており、この突起３Ａによって気泡９がベルト表面に保持される。図１５（Ｂ）に示すように、キャタピラー２５が進行方向に回転すると、キャタピラー２５の進行と共に気泡保持部３は基板６上を回転移動する。
(Modification 2 of the second embodiment)
A modification of the underwater moving device 20B using the bonding structure 1 according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating the operation of the underwater mobile device modification 20B, in which (A) is a front view and (B) is a side view.
As shown in FIG. 15, this underwater moving apparatus differs from the underwater moving apparatus 20 of FIG. 13 in that a caterpillar 25 is used instead of the wheel 23 of FIG. The belt 25A of the caterpillar 25 is composed of the adhesive structure 1, and a plurality of protrusions 3A protrude from the surface of the belt 25A, and the bubbles 9 are held on the belt surface by the protrusions 3A. As shown in FIG. 15B, when the caterpillar 25 rotates in the traveling direction, the bubble holding unit 3 rotates on the substrate 6 as the caterpillar 25 proceeds.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
接着構造体１を用意した。接着構造体１は、シリコーンラバーからなり、基部２のサイズは１８ｍｍ×１８ｍｍで厚さは２ｍｍである。
図１６は、基部２上に形成された気泡保持部３の模式的な拡大断面図であり、図１７は、基部２上に形成された気泡保持部３の拡大斜視図である。
図１６及び図１７に示すように、気泡保持部３は、直径が６００μｍで長さが２．４ｍｍの針形状を有しており、例えば１．５ｍｍ間隔で配設されている。突起３Ａの先端の曲率半径は、２１０μｍである。気泡保持部３の間隔を変えることによって、気泡保持部３の基部２に対する密度を変えた。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on specific examples.
An adhesion structure 1 was prepared. The bonding structure 1 is made of silicone rubber, and the base 2 has a size of 18 mm × 18 mm and a thickness of 2 mm.
FIG. 16 is a schematic enlarged cross-sectional view of the bubble holder 3 formed on the base 2, and FIG. 17 is an enlarged perspective view of the bubble holder 3 formed on the base 2.
As shown in FIG.16 and FIG.17, the bubble holding | maintenance part 3 has a needle shape whose diameter is 600 micrometers and whose length is 2.4 mm, for example, is arrange | positioned by 1.5 mm space | interval. The radius of curvature of the tip of the protrusion 3A is 210 μm. The density of the bubble holding unit 3 with respect to the base 2 was changed by changing the interval between the bubble holding units 3.
図１８は、基部に対する気泡保持部３の密度を示す図であり、それぞれ（Ａ）は密度が４４本／ｃｍ２、（Ｂ）は密度が２２本／ｃｍ２、（Ｃ）は密度が１１本／ｃｍ２を示している。 18A and 18B are diagrams showing the density of the bubble holding unit 3 with respect to the base, in which (A) has a density of 44 lines / cm 2 , (B) has a density of 22 lines / cm 2 , and (C) has a density of 11 respectively. Books / cm 2 are shown.
図１９は、接着構造体１に気泡９を形成したときの様子を示すもので、それぞれ（Ａ）は光学像、（Ｂ）は光学像の説明図である。気泡９は、気泡保持部３に注射器を用いて送風して形成した。
図１９に示すように、基部２上に形成された気泡保持部３の内側に気泡９が形成されていることが分かる。このような気泡９の１つの体積は、０．１ｍｌ（１０―４リットル）、０．２ｍｌ、０．３ｍｌ、０．４ｍｌ程度とした。
FIGS. 19A and 19B show a state in which bubbles 9 are formed in the bonding structure 1. FIG. 19A is an explanatory view of the optical image, and FIG. 19B is an explanatory view of the optical image. Bubbles 9 were formed by blowing air to bubble holding unit 3 using a syringe.
As shown in FIG. 19, it can be seen that bubbles 9 are formed inside the bubble holding portion 3 formed on the base portion 2. One volume of the bubbles 9 was about 0.1 ml (10 −4 liter), 0.2 ml, 0.3 ml, and 0.4 ml.
基板６としては、低粘度メタクリレート樹脂板、疎水性物質（LIPOCER）を表面にプラズマＣＶＤを用いて堆積したＬＩＰＯＣＥＲコート層付きポリカーボネート板、親水性物質（AQUACER）を表面にプラズマＣＶＤを用いて堆積したＡＱＵＡＣＥＲコート層付きポリカーボネート板、ガラス板等を使用し、これらの基板６に実施例の接着構造体１を接着した。
ここで、接着構造体１を基板６の垂直方向に引くと、気泡９による吸着力を検出することができる。接着構造体１を繰返し基板６と接触させても、気泡９の位置は変化せず、その都度吸着力を発揮することを確認した。
As the substrate 6, a low-viscosity methacrylate resin plate, a polycarbonate plate with a LIPOCER coat layer on which a hydrophobic substance (LIPOCER) is deposited using plasma CVD, and a hydrophilic substance (AQUACER) are deposited on the surface using plasma CVD. A polycarbonate plate with an AQUACER coat layer, a glass plate, or the like was used, and the bonding structure 1 of the example was bonded to these substrates 6.
Here, when the bonding structure 1 is pulled in the direction perpendicular to the substrate 6, the adsorption force by the bubbles 9 can be detected. It was confirmed that even when the bonding structure 1 was repeatedly brought into contact with the substrate 6, the position of the bubbles 9 did not change, and the adsorption force was exhibited each time.
図２０は、接着構造体１と基板６を接着したときの気泡９の体積と、付着力の関係を示す図である。図２０の横軸は体積（ｍｌ）を、縦軸は付着力（ｍＮ）を示している。この測定に用いた基板６はポリスチレン基板である。
接着力は、力センサーを用いて測定した。具体的には、基板６に対して垂直方向に接着構造体１を引いて接着力を測定した。力センサーの測定値から気泡９が無いとき、つまり気泡の体積がゼロのときの接着構造体１の重さを引き、気泡の浮力を加算した力を、接着構造体１の基板６に対する接着力とした。
図２０から明らかなように、接着構造体１の基板６への付着力は、気泡保持部３に形成される気泡９の体積に比例して、１．４ｍＮ〜９．８ｍＮとなり、気泡９の体積の増加に伴い直線的に接着力が増加することが分かった。
FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the volume of the bubbles 9 and the adhesive force when the bonding structure 1 and the substrate 6 are bonded. In FIG. 20, the horizontal axis represents volume (ml), and the vertical axis represents adhesion (mN). The substrate 6 used for this measurement is a polystyrene substrate.
The adhesive force was measured using a force sensor. Specifically, the adhesive structure 1 was pulled in the direction perpendicular to the substrate 6 to measure the adhesive force. The force obtained by subtracting the weight of the bonding structure 1 when there is no bubble 9 from the measurement value of the force sensor, that is, when the volume of the bubble is zero, and adding the buoyancy of the bubble is the adhesion force of the bonding structure 1 to the substrate 6. It was.
As is apparent from FIG. 20, the adhesion force of the bonding structure 1 to the substrate 6 is 1.4 mN to 9.8 mN in proportion to the volume of the bubbles 9 formed in the bubble holding unit 3. It was found that the adhesive force increased linearly with the increase in volume.
図２０には、図１８の突起３Ａの密度Ａ、Ｂ、Ｃに相当するデータも示しており、突起３Ａの密度は付着力には大きな影響を及ぼさないことが分かった。 FIG. 20 also shows data corresponding to the densities A, B, and C of the protrusions 3A of FIG.
次に、基板６を代えて気泡９の吸着力を調べた。
図２１は、基板６の水５に対する接触角と基板６を接着したときの付着力との関係を示す図である。図２１の横軸は接触角（°）を、縦軸は付着力（ｍＮ）を示している。基板６としては、ＡＱＵＡＣＥＲコート層付きポリカーボネート板（接触角２０°〜３０°）、ガラス板（接触角４０°）、ポリスチレン（接触角９８°）、低粘度メタクリレート樹脂板（接触角１０４°）、ＬＩＰＯＣＥＲコート層付きポリカーボート板（接触角１０６°）を使用し、これらの基板６に実施例の接着構造体１を接着した。
図２１から明らかなように、接着構造体１の基板６への付着力は、水滴の接触角に依存しており、接触角が大きいほど、特に９０°以上のポリスチレン、低粘度メタクリレート樹脂板、ＬＩＰＯＣＥＲコート層付きポリカーボート板の場合には付着力が高くなることが判明した。
Next, the adsorption force of the bubbles 9 was examined by replacing the substrate 6.
FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the contact angle of the substrate 6 with respect to the water 5 and the adhesion force when the substrate 6 is bonded. The horizontal axis of FIG. 21 indicates the contact angle (°), and the vertical axis indicates the adhesive force (mN). As the substrate 6, a polycarbonate plate with an AQUACER coat layer (contact angle 20 ° to 30 °), a glass plate (contact angle 40 °), polystyrene (contact angle 98 °), a low-viscosity methacrylate resin plate (contact angle 104 °), The adhesion structure 1 of the example was adhered to these substrates 6 by using a polycarbonate board with a LIPOCER coat layer (contact angle 106 °).
As can be seen from FIG. 21, the adhesion force of the adhesive structure 1 to the substrate 6 depends on the contact angle of the water droplets, and the larger the contact angle, the more particularly polystyrene of 90 ° or more, the low viscosity methacrylate resin plate, In the case of a polycarbonate boat board with a LIPOCER coat layer, it has been found that the adhesion is high.
（比較例）
実施例の基部２単体を比較例とした。つまり、比較例は、接着構造体１の基板６から気泡保持部３を除去した基板６の単体である。この比較例では、気泡９を吹き付けても比較例と基板６との間には吸着力は検出されず、気泡９の位置も変化することが判明した。
(Comparative example)
The base 2 alone of the example was used as a comparative example. That is, the comparative example is a single substrate 6 obtained by removing the bubble holding portion 3 from the substrate 6 of the bonding structure 1. In this comparative example, it was found that even if the bubbles 9 were sprayed, no adsorption force was detected between the comparative example and the substrate 6, and the position of the bubbles 9 also changed.
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. Nor.
本発明の接着構造体を用いた構造物１２によれば、水中での物質の移動や気泡の移動に利用することができる。
According to the structure 12 using an adhesive structure of the present invention can be used for movement of the moving or bubbles of a substance in water.
本発明の接着構造体１を用いた水中移動装置２０，２０Ａ，２０Ｂによれば、水中に配設された基板６等の表面を移動するロボット等に利用することができる。 According to the underwater moving devices 20, 20A, 20B using the bonding structure 1 of the present invention, it can be used for a robot that moves on the surface of the substrate 6 and the like disposed in water.
１：接着構造体
２：基部
２Ａ：表面６Ａ
３：気泡保持部
３Ａ：突起
５：水
６：基板
６Ａ：表面
７：空間
８：送風手段
８Ａ：気体
９：気泡
９Ａ：端部
１２：構造物
１４：送風用の通路
１６：脚部
２０，２０Ａ，２０Ｂ：水中移動装置
２１：シャーシ
２２：車軸
２４：車輪
２５：キャタピラー
1: Adhesive structure 2: Base 2A: Surface 6A
3: Bubble holding part 3A: Protrusion 5: Water 6: Substrate 6A: Surface 7: Space 8: Air blowing means 8A: Gas 9: Bubble 9A: End 12: Structure 14: Air passage 16: Leg part 20, 20A, 20B: Underwater moving device 21: Chassis 22: Axle 24: Wheel 25: Caterpillar
Claims (4)
前記接着構造体が、車輪に配設されていることを特徴とする水中移動装置。 Comprising a base and a bubble holder made of a protrusion formed on the base, the bubble holder being an underwater moving device using an adhesive structure that holds bubbles in water,
The underwater moving apparatus, wherein the adhesive structure is disposed on a wheel .
The underwater moving device according to any one of claims 1 to 3, wherein the adhesion structure is disposed on a caterpillar instead of the wheel .
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