JPS6085353A

JPS6085353A - 接触角測定方法

Info

Publication number: JPS6085353A
Application number: JP19253883A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakajima; 賢二中嶌; Fumio Goto; 文男後藤; Kenji Kojima; 賢次小島
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1983-10-17
Filing date: 1983-10-17
Publication date: 1985-05-14
Also published as: JPH037257B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、固−液の接触角を測定する接触角測定システ
ムに関し、更に詳しくは２次元イメージセンサ−を用い
て時々刻々と変化する接触角を自動的に測定するシステ
ムに関するものである。

〔従来技術〕

細い管からなる液柱針を用いて液圧を測定する場合には
、毛細管現象によって液面が上昇するため、その補正が
必要である。毛細管現象による液面の変化は、表面張力
と接触角に比例し、管径に反比例することが知られてい
る。そこで、任意の固体に対する測定液体の接触角を予
め測定しておくことが必要である。

従来の接触角の測定には、固体平面の水平方向に写真カ
メラを固定し、固体平面に滴下した微小液滴を拡大撮影
する方法が主として用いられている。この方法では、写
真撮影によって得た画像を幾何学的に測り、微小液滴の
接触面直径ｌと高さｈとをめ、これから固−液の接触角
θを算出するものである。しかし、この方法は、現像処
理とプリント処理とが必要であるから、測定が面倒であ
り、しかも時間がかかるという欠点がある。また、接触
角の経時変化を測定する場合には、モータドライブによ
る写真撮影が利用されるが、せいゝぜい１秒間に数駒が
限度であるから、測定時間の間隔が大きく、しかも測定
時間間隔を任意に設定することができない。

〔発明の目的〕

本発明は、測定に要する時間を短縮することができると
ともに、操作が簡単な接触角測定システムを提供するこ
とを目的とするものである。

本発明の別の目的は、測定時間の間隔を自由に設定する
ことが可能な接触角測定システムを提供することにある
。

〔発明の構成〕

上記した目的及びその他の目的を達成するために、本発
明は、測定液体を一定量滴下する手段の下方に、固体平
面を載置した測定台を移動自在に設け、また測定台の横
に２次元イメージセンザーを配置し、固体平面に滴下さ
れた微小液滴を撮像し、ｉＭられた画像を処理して微小
液滴の接触面直径と高さとをめ、これらを用いて接触角
を算出するようにしたことを特徴とするものである。

〔実施例〕

第１図は接触角の測定原理を示すものである。

固体平面（プレート）Ｐに滴下された微小液滴Ｓは、表
面張力によって球の一部をなしている。固体平面Ｐに接
触している面の直径をβとし、頂点までの高さをｈとす
ると、線分りが固体平面となす角は、ｔａｎ（ｈ／（β
／２））である。また、この角は、θ／２であるから、
接触角θは次式で表すことができる。

ｌ θ−２・　ｔａｎ　（２ｈ／Ｉｌ）　・　・　・　（１
）したがって、任意の固体平面に対する接触角θをめる
には、接触面直径βとその高さｈとを測定し、式（１）
に代入すればよい。

第２図は本発明の概略を示すものである。ケース１の上
部に軸受２が固着されており、これに送りネジ軸３が回
転自在に嵌合している。この送りネジ軸３は、減速機付
きパルスモータ４で駆動される。また、送りネジ軸３の
先端は、箱状をした計量台５の上端に固着したナツト６
に螺合しており、送りネジ軸３が回転すると、一対のガ
イド棒７．８に案内されて上下動する。

前記計量台５の内部には、一端にウオームホイール１０
を軸止し、他端にピストン１１を固着した軸１２が収納
されている。減速機付きパルスモータ］３で駆動される
ウオームギヤ１４は、前記ウオームホイール１０に噛合
しており、パルスモータ１３が回転した時に、バネ１５
に抗してピストン１１をシリンダ１６内で上下動させる
。前記軸１２は、ガイド棒７，８に従動自在に嵌合した
プレート１７に固着されている。

前記シリンダ１６の先端には注射針１９が嵌合しており
、ピストン１１が下方に移動した時に、シリンダ１６内
に収納された液体試料２０が一定量滴下する。この滴下
した微小液滴２１ば、測定台２２に載置された固体平面
（平面プレート）２３で受け止められ、表面張力によっ
て球の一部をなしている。前記測定台２２は、送りネジ
軸２４に螺合しており、減速機付きパルスモーク２５で
送りネジ軸２４が回転された時に、矢線で示す方向に移
動する。

前記計量台５は、スタート位置にある時にリミットスイ
ッチ２６をＯＮにし、下限位置にある時にリミットスイ
ッチ２７をＯＮにする。また、測定台２２は、最も左側
及び右側にある時にリミ・ノドスイッチ２８．２９をそ
れぞれＯＮにする。更に、ピストン１１の上限位置と下
限位置とを検知するためにリミットスイッチ３０．３１
とが設けられている。これらのりミツトスイッチ２６〜
３１ば、これらがＯＮした時にパルスモータの回転を停
止して、例えば計量台５の移動量を制御する。

なお、符号３３はファンヒータであり、３４は温度セン
サーである。

前記測定台２２の横で、かつ注射針１９の下方に光源３
６が配置されており、固体平面２３上にｔ１灯下された
微小液滴２１を照明する。この微小液？ｉ２１は、２次
元イメージセンサ−カメラ３７により等倍で撮像される
。この２次元イメージセンザーカメラ３７は、−辺が７
８μの正方形をしたＣＣＤを縦横に２５６個ずつ配列し
、撮像面積が２×２ｃｍのＣＣＤイメージセンサ−が用
いられている。このＣＣＤイメージセンサ−の出力は、
電気的走査により読み出され、時系列信号として画像処
理メモリーユニット３８に送られる。微小液１Ｍ２１を
通った光とそうでない光とでは、その出力レベルが異な
っているから、前記時系列信号を２値化し、次ぎに出力
レベルが変化している画素の個数をカウントし、これに
１画素の長さく７８μ）を掛ければ、微小液滴２１の接
触面直径（ｊ２）と、高さくｈ）とを知ることができる
。なお、撮像倍率が等倍でない場合には、その撮像倍率
を乗算すればよい。

演算制御部４０は、画像処理メモリーユニット３′８か
ら読み出した接触面直径（β）と、高さくｈ）を前述し
た式（１）に代入して固体平面２３に対する接触角θを
算出する。こうして得られた各接触角θは、プリンター
４１により、記録紙４２にプリントアウトされる。また
、２次元イメージセンザーカメラ３７から出力された時
系列信号は、そのまま演算制御部４０に送られ、ＣＲＴ
４３の表示面に表示される。

前記演算制御部４０の操作パネルには、計量台５をマニ
ュアルで上下動させるためのスイッチ４５ａ及び４５ｂ
と、測定台２２をマニュアルで移動するためのスイッチ
４６ａ、４６ｂと、ピストンをマニュアルで上下動させ
るためのスイッチ４７ａ、４７ｂと、測定を開始させる
ためのスタートスイッチ４８と、データを設定するため
の英数字キ一群４９と、準備不良ランプ５０及び５１と
が設けられている。なお、この演算制御部４０は、パル
スモータ４．１３．２５の回転の制御と、２次元イメー
ジセンザーカメラ３７１画像処理メモリーユニット３８
．プリンター４１．ファンヒータ３３の制御を行う。ま
た、前記リミットスイッチ２６〜３１及び温度センサー
３４からの信号も入力する。

第３図ルよ測定手順を示すフローチャートである。

まず、測定準備のために、注射針１９を液体試料を収納
した容器（図示せず）に浸漬してから、スイッチ４７ａ
をＯＮにする。このスイッチ４７ａがＯＮしている間は
１、パルスモータ１３が回転するから、ピストン１１が
上昇してシリンダ１６内に液体試料を吸い上げる。次に
、スイッチ４６ａ又は４６ｂをＯＮにして測定台２２が
注射針１９の下にくるように測定台２２の初期位置をセ
ントする。最後に、固体平面２３を測定台２２の上に載
置する。前述した測定準備を行った後、英数字キ一群４
９を操作して測定条件（吐出液量、測定間隔、測定終了
時間、測定回数、計量台降下位置、温度）、その他必要
なデータ（年月日、サンプル番号）を設定する。

スタートスイッチ４８をＯＮにすると、設定したデータ
が演算制御部４０に読み込まれる。計量台５がスタート
位置にある場合には、パルスモータ４が回転して、注射
針１９を所定位置まで下降させる。次にパルスモータ１
３が回転してピストン１１を一定距離だけ押し込んで、
所定量の液体試料を固体平面２３の上に吐出する。この
固体平面２３上に滴下された微小液滴２１を２次元イメ
ージセンサ−カメラ３７で撮像し、えられたビデオ信号
を画像処理メモリユニット３８を介して演算制御部４０
に送ってＣＲＴ４３に表示する。前記画像処理メモリユ
ニット３８は、ヒデオ信号の出力レベルから、微小液滴
２１が固体平面２３に乗っているかどうかを検知するこ
とができる。固体平面２３上に微小液滴が乗っている場
合には、パルスモータ４を逆方向に回転して、計量台５
をリミットスイッチ２６がＯＮするスタート位置まで上
昇させる。そして、注射針１９の先端が微小液滴２１か
ら離れた瞬間から接触面直径と高さの測定が開始される
。

なお、スクートスイソチ４８がＯＮＩ、た時に、計量台
５がスタート位置にない場合には、準備不良ランプ５０
がＯＮする。この場合には、スイッチ４５ａをＯＮにし
て、マニュアルでスタート位置まで戻すことが必要であ
る。更に、微小液滴が固体平面２３上に滴下されなかっ
た場合には、準備不良ランプ５１がＯＮする。これは、
シリンダ１６内に液体試料が入っていない場合であるか
ら、前述した４８備操作を行う必要がある。

前述したように注射針１９が微小液滴２１から離れた瞬
間から測定が開始される。画像処理メモリユニット３８
は、ある時間（ｉ）のビデオ信号を処理して接触面直径
（４）と高さく１１）を算出してこれを記憶する。以下
同様にして、予め設定された時間間隔で接触角を算出す
る。そして、予め設定した測定時間がｉ遇すると測定が
終了し、その時点の温度を演算制御部４０が読み込む。

１個の微小液滴の測定が終了すると、パルスモータ２５
が回転して測定台２２を一定ピンチだけ移動させ、その
後に計量台５を下降させるとともに、ピストン１１を下
降させて固体平面２３上に別の微小液滴を滴下し、前述
したように再び測定を開始する。そして、予め指定した
個数Ｎの微小液滴に対して、設定した時間間隔で接触面
直径と高さとを測定する。

Ｎ個の微小液滴の測定が終了すると、画像処理メモリユ
ニット３８に記憶されたＮ個の微小液滴に対して測定時
間が同じものが演算制御部４０に読み込まれ、前述した
式（１）により接触角をそれぞれ算出する。こうして得
られたＮ個の接触角から、平均値が算出され、この値が
時間（ｉ）における接触角θとされる。

各測定時間における接触角θは、プリンタ４１でプリン
トアウトされる。このプリントされたデータの一例は第
４図に示しである。測定時間は、注射針１９が微小液滴
２１から離れた瞬間に第１回目の測定を行い、その後は
０．５秒毎に測定を６回行なっている。測定開始から１
秒経過すると、微小液滴２１が安定し、はぼ一定の接触
角となっている。

〔発明の効果〕

本発明は、２次元イメージセンサ−を用いて接触角を測
定するようにしたから、正確な接触角を節単に測定する
ことができるとともに、リアルタイムにデータを得るこ
とができる。更に、接触角の経時変化を調べる場合には
、その測定時間間隔を自由に設定することができ、しか
も写真撮影による従来の方法に比べて、時間差を極めて
短くすることができる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる測定原理を示す説明図である。第２図は本発明に係る装置の概略図である。第３図は測定手順を示すフローチャートである。第４図はプリントアウトされたデータの一例を示す図で
ある。３・・・送りネジ軸４．１３．２５・・・パルスモーク１１・・・ピストン　１６・・・シリンダ１９・・・注
射針　２２・・・移動台２３・・・固体平面　２１・・・微小液滴３Ｇ・・・光
源　４０・・・演算制御部４３　・　・　・　ＣＲＴ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）注射針から押し出されて固体平面に接触した微小
液滴の接触面直径βと高さｈとを測定して固−液の接触
角θを算出するものにおいて、前記注射針から一定量の
液滴を滴下する手段と。この滴下手段の下方に配置され前記固体平面を横方向に
移動させる手段と、２次元に配置された複数の受光素子
を有し、前記微小液滴の全体を撮像する２次元イメージ
センサ−と、この２次元イメージセンサ−から出力され
た画像を所定の時間間隔で処理し、得られた各時間毎の
前記接触面直径βと高さｈとを記憶する手段と、この各
時間毎の接触面直径ｌと高さｈとを演算して接触角θを
算出する手段とからなることを特徴とする接触角測定シ
ステム。
（２）前記２次元イメージセンサ−は、ＣＣＤイメージ
センサ−カメラであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の接触角測定システム。
（３）前記滴下手段は、注射針を先端に取イ」けたシリ
ンダと、こ・のシリンダ内を摺動するピストンと、この
ピストンを摺動させるパルスモータとからなり、パルス
モータの回転量により滴下する液量を調節することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の接触角測定システ
ム。