JPH0519785Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は荷重測定装置に関する。

［従来の技術］ 高分子材料の表面は、成形あるいは製膜時に周
囲の環境との界面自由エネルギを最小とするよう
に表面の極性基部分を配向する。このような選択
配向は恒常的なものでなく、表面のセグメントの
ミクロブラウン運動が許されている時にのみ外部
の環境に応じて向きを変えることができる。ま
た、多相系高分子材料の表面化学組成は、内部と
は大きく異なりミクロ相分離が良好な場合は、空
気中では疎水基を、水中では親水基を表面に速や
かに配向し、環境に対して極めて短時間で応答す
ることが知られている。

したがつて、材料の使用目的に応じた表面特性
の評価、例えば人口心臓等に用いられるセグメン
ト化ポリウレタン（SPUU）についてみれば、生
体の主成分である水と接した部分の表面特性の評
価が重要である。

そこで、材料の表面特性を評価する一方法とし
て、例えば高分子固体等の試料を空気中から水中
へ、あるいは水中から空気中へ移動する時の表面
張力を測定し、試料表面における分子鎖と分子鎖
の凝集状態の再編成挙動を評価する等が考えられ
る。また、このような場合には、試料を吊り下げ
支持するロードセルと、液体収容容器を支持する
容器受台とを有し、ロードセルと容器受台を相対
移動させることにより、液体中に浸漬もしくは引
上げられる試料に作用する荷重変化を測定する荷
重測定装置を用いることが考えられる。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、材料の表面特性を評価するに際して
上記の如くの荷重測定装置を用いる場合には、ロ
ードセルが材料の表面特性に起因する荷重の変化
のみを安定的に測定し、これにより材料の表面特
性を高精度に検出可能とすることが望まれる。

本考案は、ロードセルに吊り下げ支持される試
料を液体中に浸漬もしくは引上げ、該試料に作用
する荷重を測定するに際し、試料の表面特性に起
因する荷重の変化のみをロードセルにより安定的
に測定可能とすることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、試料を吊り下げ支持するロードセル
と、液体収容容器を支持する容器受台とを有し、
ロードセルと容器受台を相対移動させることによ
り、液体中に浸漬もしくは引上げられる試料に作
用する荷重変化を測定する荷重測定装置であつ
て、ロードセルは架台に固定的に配設され、容器
受台は架台に昇降可能に配設され、容器受台を昇
降させる昇降駆動部が設けられるようにしてなる
ものである。

［作 用］ ロードセルに吊り下げ支持される試料を液体中
に浸漬もしくは引上げ、該試料に作用する荷重を
測定するに際し、ロードセルを移動させる方法
と液体収容容器を移動させる方法とが考えられ
る。

の方法にあつては、例えばロードセルを支持
する昇降台が停止状態（第６図Ａ参照）から一定
速度に達する間におけるようにロードセルが加減
速される際、試料（質量：ｍ）は加速度αを受け
る（第６図Ｂ参照）。停止時のロードセルに作用
する荷重T1はT1＝mg、加速時のロードセルに作
用する荷重T2はT2＝mg＋mαとなる。すなわち、
加速時のロードセルに作用する荷重T2は加速度
αの影響を受けてmαだけ増加（または減少）し、
ロードセルはこれを検出することになる。また、
の方法で上記加速度αを急激に加えられた時
（または取り除かれた時）、ロードセルと試料とか
らなるばね系（ばね定数：ｋ）はmα＝−kxなる
運動方程式にて振動する（第６図Ｃ参照）。

これに対し、の方法にあつては、上記加速度
αおよび試料の振動がロードセルの検出荷重に及
ぼす影響を排除することができ、試料の表面特性
に起因する荷重の変化のみをロードセルにより安
定的に測定することができる。

［実施例］ 第１図は動的接触角測定装置の一例を示す模式
図、第２図は動的接触角測定装置の制御系統を示
すブロツク図、第３図は温度制御装置を示す配管
図、第４図は試料に作用する荷重を示す模式図、
第５図は動的接触角ヒステリシスループを示す線
図、第６図は試料に作用する加速度の影響を示す
模式図、第７図はロードセルの変位を示す模式図
である。

動的接触角測定装置１０は、第１図、第２図に
示す如く構成され、試料１１を液体収容容器１２
の内部の液体中に浸漬もしくは引上げる際に、液
体表面が試料壁に接する位置で液面と試料面との
なす接触角θを測定可能とする。動的接触角測定
装置１０は、架台１３、ロードセル１４、容器受
台１５、昇降駆動部１６、温度制御装置１７、制
御装置１８を有して構成されている。

すなわち、動的接触角測定装置１０の架台１３
は、ガイドロツド１３Ａの上部に固定クロスヘツ
ド１９を固定し、この固定クロスヘツド１９にロ
ードセル１４を備えている。ロードセル１４は、
その受感部に連結されるフツク２０に、糸、金属
細線、チエーン等からなる可撓連結具２１を介し
てチヤツク２２を吊り下げ、チヤツク２２に試料
１１を把持している。ロードセル１４は、高感度
の歪ゲージにて荷重を測定する。試料１１は、例
えば高分子材料であり平板状のカバーグラスに薄
くコーテイングされている。

また、動的接触角測定装置１０は、ガイドロツ
ド１３Ａに沿つて昇降可能な容器受台（可動クロ
スヘツド）１５を備え、その容器受台１５の上面
に温度制御装置１７の恒温槽２３を設置し、恒温
槽２３に前記容器１２を保持している。２４は容
器保持具である。

また、動的接触角測定装置１０は、架台１３の
下部に、昇降駆動部１６を構成するパルスモータ
２５および送りねじ２６を備え、モータ２５にて
駆動される送りねじ２６を容器受台１５に螺着し
ている。モータ２５はエンコーダ２７を備えてい
る。

また、温度制御装置１７は、第３図に示す如く
構成され、前述の恒温槽２３に連なる循環配管２
８を熱交換器２９に引入れ、恒温槽２３に内部の
熱媒温度を所望の温度状態に設定するようになつ
ている。

なお、動的接触角測定装置１０は、ロードセル
１４、容器受台１５の周囲を風防カバー３０にて
覆つている。

制御装置１８は、例えばマイクロコンピユータ
からなり、第２図に示す如く、CPU（中央処理装
置）３１、ROM（読出専用メモリ）３２、RAM
（読出書込可能メモリ）３３、入出力装置３４を
備えるとともに、キーボード３５、Ｘ−Ｙ表示部
（Ｘ−Ｙプロツタ、Ｘ−Ｙ記録計）３６、プリン
タ３７を付帯して備える。制御装置１８は、キー
ボード３５にて加えられる操作指令に基づいてモ
ータ２５を駆動制御する。

また、制御装置１８は、ロードセル１４の出力
を増幅器３８を介して受信するとともに、エンコ
ーダ２７の出力を受信して、演算部を構成する。
すなわち、制御装置１８は、以下に詳述する如
く、容器受台１５の昇降時におけるロードセル１
４の荷重検出信号を受け、該荷重検出信号の変化
に基づいて試料１１が液体中に浸漬もしくは引上
げられる際の表面張力を求め、この表面張力に基
づいて液体の特定温度状態下における接触角を演
算する。

以下、動的接触角測定装置１０による動的接触
角の測定手順について説明する。

高分子材料等の試料１１がカバーグラス上に
薄くコーテイングされる。この試料１１はフツ
ク２０および可撓連結具２１を介してロードセ
ル１４に吊り下げ支持される。

例えば純水（イオン交換後、純水製造装置で
超純水としたもの）の入つた容器１２が、容器
受台１５に設置された恒温槽２３に保持され
る。

昇降駆動部１６のモータ２５が駆動され、容
器１２がロードセル１４に吊り下げられている
試料１１に対して一定速度で接近（上昇）ある
いは離隔（下降）する。

ロードセル１４の出力と容器受台１５の変位
（エンコーダ２７の出力）が相互に同期して制
御装置１８のメモリに転送され、第５図に示す
如くの荷重Ｆ−変位δ曲線として保管される。

容器受台１５が上昇し試料１１の下端が容器
１２の水面に触れメニスカスが形成されると界
面張力が観測される。この時の試料１１の水面
上でのメニスカスの形成と、試料１１に作用す
る力を示せば第４図のとおりとなる。第４図の
試料１１に作用する力F1，F2，F3は、試料１
１の周囲長をＰ＝２（ｔ＋ｗ）、水の表面張力を
γ、接触角をθ、試料１１の質量をｍ、試料１
１に作用する浮力をFbとする時、以下の如く
になる。

F1＝mg ……(1) F2＝mg＋Pγcosθ ……(2) F3＝mg＋Pγcosθ−Fb ……(3) 上記において、試料１１が水面に接触した
時生じた界面張力FAから前進接触角θAが評価
される。

cosθA＝FA／Pγ ……(4) さらに、試料１１が水中に浸漬すると浮力の分
だけ軽くなるため張力は減少する。試料１１があ
る一定深さに到達し、容器受台１５が下降し始め
ると、浮力は減少するため、観測される張力は増
加する。この時、水面から試料１１が離れる際の
張力FRから後退接触角θRが評価される。

cosθR＝FR／Pγ ……(5) ここで、上記張力FA，FRは、前記にて保管
される荷重Ｆ−変位δ曲線から、浮力傾斜線s1，
s2と浸漬開始点F0の交点として求められる。

なお、第５図に示した如くの荷重Ｆ−変位δ曲
線から浸漬開始点を求めるのは、試料１１が液面
に接触したときの張力変化F0から読取る。この
張力変化F0はこの装置１０の測定精度を阻害し
ない範囲で設定変更できるようになつており、外
部振動等の外乱に対し常に安定的に浸漬開始点を
読取ることができるようになつている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

上記実施例によれば、ロードセル１４に吊り下
げ支持される試料１１を液体中に浸漬もしくは引
上げ、該試料１１に作用する荷重を測定するに際
し、ロードセル１４を移動させることなく、液体
収容容器１２を移動させることとした。したがつ
て、試料１１と容器１２とを相互に接近／離隔さ
せるに際して生ずる加速度αおよび試料１１の振
動がロードセル１４の検出荷重に及ぼす影響を前
述の如く排除することができ、試料１１の表面特
性に起因する荷重の変化のみをロードセル１４に
より安定的に測定することができる。

［考案の効果］ 以上のように、本考案によれば、ロードセルに
吊り下げ支持される試料を液体中に浸漬もしくは
引上げ、該試料に作用する荷重を測定するに際
し、試料の表面特性に起因する荷重の変化のみを
ロードセルにより安定的に測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は動的接触角測定装置の一例を示す模式
図、第２図は動的接触角測定装置の制御系統を示
すブロツク図、第３図は温度制御装置を示す配管
図、第４図は試料に作用する荷重を示す模式図、
第５図は動的接触角ヒステリシスループを示す線
図、第６図は試料に作用する加速度の影響を示す
模式図、第７図はロードセルの変位を示す模式図
である。 １１……試料、１２……液体収容容器、１３…
…架台、１４……ロードセル、１５……容器受
台、１６……昇降駆動部、１９……固定クロスヘ
ツド。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 試料を吊り下げ支持するロードセルと、液体収
   容容器を支持する容器受台とを有し、ロードセル
   と容器受台を相対移動させることにより、液体中
   に浸漬もしくは引上げられる試料に作用する荷重
   変化を測定する荷重測定装置であつて、ロードセ
   ルは架台に固定的に配設され、容器受台は架台に
   昇降可能に配設され、容器受台を昇降させる昇降
   駆動部が設けられてなる荷重測定装置。