(57)【要約】【課題】簡単かつ確実に氷盤の結晶の観察を行なう。【解決手段】観察用の断面を平坦に削った氷盤２２を容器１２内に挿入し、観察用の断面を第１の部材１４の面に密着させる。第２の部材１６とハンドル部材１８を上開口部１２Ｂから容器１２内に挿入し、第２の部材１６を容器１２の軸心と直交する方向に延在させた状態で、第２の部材１６を氷盤２２の面に当て付けつつハンドル部材１８を回転させる。カッタ２０が第２の部材１６と共に軸心回りに回転することで氷盤２２の面が削られ、氷盤２２の厚さが薄くなっていく。第１の偏光板２４Ａと第２の偏光板２４Ｂとの偏光方向が９０度異った状態となると、上開口部１２Ｂから氷の結晶構造が観察可能な状態となる。結晶構造が明瞭に視認できるまで、ハンドル部材１８を回転させて氷を削る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の容器の内部に、前記容器の軸心方向と直交する面内を延在する偏光板と前記偏光板を保持する透明な保持板とを有する第１の部材を前記容器の軸心方向に移動不能に配置し、
前記第１の部材の上に、採取した板状の氷盤を置き、
前記筒状の容器の内部で前記氷盤の上に、前記容器の軸心方向と直交する面内を延在する偏光板と前記偏光板を保持する透明な保持板とを有する第２の部材を前記容器の軸心方向に移動可能にかつ前記容器の軸心回りに回転可能に配置し、
前記第１の部材または前記第２の部材の一方にカッタを取着しておき、
前記筒状の容器の下方から光を照射し、前記筒状の容器の内部の上方から前記氷盤を観察しつつ前記第２の部材を回転させ、前記氷盤を構成する氷の結晶が１層となるまで前記カッタにより前記氷盤の厚さを薄くし、
前記容器の内部の上方から、氷の結晶が一層となった前記氷盤を観察する、
ことを特徴とする氷盤の結晶観察方法。
【請求項２】
筒状の容器と、
前記容器の内部で前記容器の軸心方向と直交する面内を延在し前記容器の軸心方向に移動不能に配置された偏光板と前記偏光板を保持する透明な保持板とを有する第１の部材と、
前記容器の内部で前記容器の軸心方向と直交する面内を延在し前記容器の軸心方向に移動可能かつ前記容器の軸心回りに回転可能に配置された偏光板と前記偏光板を保持する透明な保持板とを有する第２の部材と、
前記第２の部材に連結され前記容器の内部で前記第２の部材を前記容器の軸心の回りに回転させるハンドル部材と、
前記第１の部材および第２の部材の互いに対向する面の一方の面に設けられ前記互いに対向する面の間に挿入された板状の氷盤の厚さを薄くするためのカッタと、
を備えることを特徴とする氷盤の結晶観察用治具。
【請求項３】
前記カッタが設けられた前記第１の部材または前記第２の部材に、前記カッタで削りとった氷を、前記第１の部材と前記第２の部材とで挟まれる空間外に排出する排出口が設けられている、
ことを特徴とする請求項２記載の氷盤の結晶観察用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、氷盤の結晶観察方法およびその方法に用いる結晶観察治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、タイヤの氷上性能を試験する場合、氷盤路面の摩擦力が、氷の結晶構造が柱状であるか粒状であるか否かにより、あるいは、結晶の大きさにより、あるいは、結晶の向きにより異なることが知られている。
したがって、タイヤの氷上性能を試験する上で、氷盤路面の結晶構造がどのようなものであるかを観察することが重要である。
氷の結晶を計測する方法として、例えば、特許文献１には、食品等の凍結材の内部に形成される氷の結晶構造を計測するために、試料を蛍光試薬で染色し、凍結後に試料をスライスして試料の露出断面を撮像したデータから立体氷結晶構造を計測するものが提案されている。
しかしながら上記従来技術では、食品等の凍結材の内部に形成される氷の結晶構造を計測することに限定されるものであり、氷盤路面の結晶を観察する場合には適用することができない。
そこで、従来は、氷盤路面から切り出した氷をガラス板に貼り付けておきカンナを用いて氷を例えば１ｍｍ〜１ｃｍ程度の厚さに薄く削って板状の氷とし、この板状の氷を偏光方向が９０度異なるように配置した２枚の偏光板の間に挟み、氷の厚さ方向において一方の偏光板に向けて光を照射し、他方の偏光板の側から氷の結晶を観察している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、カンナを用いて氷を観察に適した厚さに削るために多大な労力が必要であり、また、氷を観察に適した厚さに適切に削ることが難しいため、何らかの改善が求められている。
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単かつ確実に氷盤の結晶の観察を行なう上で有利な氷盤の結晶観察方法およびその方法に用いる結晶観察治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の氷盤の結晶観察方法は、筒状の容器の内部に、前記容器の軸心方向と直交する面内を延在する偏光板と前記偏光板を保持する透明な保持板とを有する第１の部材を前記容器の軸心方向に移動不能に配置し、前記第１の部材の上に、採取した板状の氷盤を置き、前記筒状の容器の内部で前記氷盤の上に、前記容器の軸心方向と直交する面内を延在する偏光板と前記偏光板を保持する透明な保持板とを有する第２の部材を前記容器の軸心方向に移動可能にかつ前記容器の軸心回りに回転可能に配置し、前記第１の部材または前記第２の部材の一方にカッタを取着しておき、前記筒状の容器の下方から光を照射し、前記筒状の容器の内部の上方から前記氷盤を観察しつつ前記第２の部材を回転させ、前記氷盤を構成する氷の結晶が１層となるまで前記カッタにより前記氷盤の厚さを薄くし、前記容器の内部の上方から、氷の結晶が一層となった前記氷盤を観察することを特徴とする。
また本発明の氷盤の結晶観察治具は、筒状の容器と、前記容器の内部で前記容器の軸心方向と直交する面内を延在し前記容器の軸心方向に移動不能に配置された偏光板と前記偏光板を保持する透明な保持板とを有する第１の部材と、前記容器の内部で前記容器の軸心方向と直交する面内を延在し前記容器の軸心方向に移動可能かつ前記容器の軸心回りに回転可能に配置された偏光板と前記偏光板を保持する透明な保持板とを有する第２の部材と、前記第２の部材に連結され前記容器の内部で前記第２の部材を前記容器の軸心の回りに回転させるハンドル部材と、前記第１の部材および第２の部材の互いに対向する面の一方の面に設けられ前記互いに対向する面の間に挿入された板状の氷盤の厚さを薄くするためのカッタとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の氷盤の結晶観察方法および結晶観察治具によれば、第１の偏光板および第２の偏光板の間に挿入された板状の氷盤の結晶構造を観察しつつ板状の氷盤の厚さをカッタで薄くすることができるため、氷盤の厚さを簡単に調整することによって、簡単かつ確実に氷盤の結晶の観察を行なう上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（Ａ）は第１の実施の形態の氷盤の結晶観察治具１０Ａの構成を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ線断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は氷盤２２のＸ軸およびＹ軸を含む断面を観察する場合の氷盤２２の加工手順を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は氷盤２２のＸ軸およびＹ軸を含む断面とＺ軸を含む断面とを観察する場合の氷盤２２の加工手順を示す説明図である。
【図４】（Ａ）は氷盤２２Ａの平面図、（Ｂ）は氷盤２２Ｂの平面図である。
【図５】目盛３２が形成された第２の保持板２６Ｂを示す説明図である。
【図６】（Ａ）は第２の実施の形態の氷盤の結晶観察治具１０Ｂの構成を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
次に、氷盤が、氷盤路面から採取した氷盤である実施の形態について図面を参照して説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、氷盤の結晶観察治具１０Ａ（以下単に治具１０Ａという）は、容器１２と、第１の部材１４および第２の部材１６と、ハンドル部材１８と、カッタ２０とを含んで構成されている。
【０００９】
容器１２は円筒状を呈し、軸方向の両端が開放され、本実施の形態では、容器１２は断面が正円である。
容器１２を構成する材料としては合成樹脂や金属材料など従来公知の様々な材料が使用可能である。
容器１２は、その軸心を上下方向に向けて路面やテーブルの上に載置される下端面１２０２と、下端面１２０２の反対側に位置する上端面１２０４とを有している。
容器１２は、軸心方向の両端が開放されており、下端面１２０２側に開放された下開口部１２Ａと、上端面側１２０４に開放された上開口部１２Ｂとを有している。
【００１０】
第１の部材１４および第２の部材１６は、容器１２内で容器１２の軸心方向に間隔をおいて容器１２の軸心方向と直交する面内を延在するように配置されている。
第１の部材１４および第２の部材１６の互いに対向する面の間には、観察対象となる氷盤路面から採取された氷盤２２が挿入される。
【００１１】
第１の部材１４は円板状を呈し、第１の部材１４は、その外周部が容器１２の内周面に当接した状態で接着剤により容器１２内に容器１２の軸方向に移動不能に取着される。
第１の部材１４は、第１の偏光板２４Ａと、第１の偏光板２４Ａを保持する透明な第１の保持板２６Ａとを有している。
第１の保持板２６Ａとしては、ガラスなどの剛性を有し、かつ、非晶質の材料が使用可能である。
第１の偏光板２４Ａおよび第１の保持板２６Ａは同一半径の円板状を呈し、第１の偏光板２４Ａと第１の保持板２６Ａとが厚さ方向に重ね合わされた状態で透明な接着剤により接合され、第１の偏光板２４Ａが下側に位置し、第１の保持板２６Ａが上側に位置している。
【００１２】
第２の部材１６は円板状を呈し、第２の部材１６は容器１２の内部に、容器１２の軸心方向に移動可能かつ容器１２の軸心回りに回転可能に配置されている。
第２の部材１６は、第２の偏光板２４Ｂと、第２の偏光板２４Ｂを保持する透明な第２の保持板２６Ｂとを有している。
第２の保持板２６Ｂは、第１の保持板２６Ａと同様にガラスなどの剛性を有し、かつ、非晶質の材料が使用可能である。
第２の偏光板２４Ｂおよび第２の保持板２６Ｂは同一半径の円板状を呈し、第２の偏光板２４Ｂと第２の保持板２６Ｂとが厚さ方向に重ね合わされた状態で透明な接着剤により接合され、第１の偏光板２４Ａが上側に位置し、第２の保持板２６Ｂが下側に位置している。
【００１３】
ハンドル部材１８は、第２の部材１６に連結され容器１２内で第２の部材１６を容器１２の軸心の回りに回転させるものである。
ハンドル部材１８は、第２の保持板２６Ｂが容器１２内に挿入された状態で第２の保持板２６Ｂの中心から上開口部１２０４の上方まで延在する軸部１８０２と、軸部１８０２の上端から第２の保持板２６Ｂの半径方向外側に延在し容器１２の上開口部１２Ｂの外側に位置する中間軸部１８０４と、中間軸部１８０４の端部から上方に屈曲され手で把持される把持部１８０６とを備えている。
本実施の形態では、軸部１８０２が第２の偏光板２４Ｂを貫通し、その先端が第２の保持板２６Ｂに取着されている。
【００１４】
カッタ２０は、第２の部材１６が第１の部材１４に対向する面である第２の保持板２６Ｂの面に設けられ、第２の保持板２６Ｂの中心から半径方向に沿って直線状に延在している。
カッタ２０は、ハンドル部材１８によって第２の部材１６が容器１２の軸心回りに回転されたときに第２の部材１６と一体的に回転することにより、第１の部材１４および第２の部材１６の互いに対向する面の間に挿入された氷盤２２を削ることにより氷の厚さを薄くするためものである。
なお、第２の部材１６には、カッタ２０の延在方向に沿って延在し、カッタ２０によって削られた氷を上方である第２の偏向板２４Ｂの上に排出するための排出口２８が形成されている。
【００１５】
次に治具１０Ａを用いた氷盤の結晶観察方法について説明する。
まず、市販の電動ドリル装置にホールソーを取り付け、ホールソーを回転させつつ氷盤路面に垂直に押し付けることで、図２（Ａ）に示すような円板状の氷盤２２を採取する。
【００１６】
ここで、採取した氷盤２２の面と平行な平面上で直交する２軸をＸ軸、Ｙ軸とし、氷盤２２の厚さ方向（鉛直方向）をＺ軸とする。
氷盤路面では、路面側（地面側）および大気側の一方あるいは双方から冷却されることで氷の結晶が形成される。その際、結晶が柱状構造の場合、結晶はＺ軸方向に延びた柱状となる。
そのため、採取した氷盤２２の結晶構造を観察するためには、氷のＸ軸およびＹ軸を含む断面と、Ｚ軸を含む断面との双方の断面を観察すれば良い。
【００１７】
まず、氷盤２２のＸ軸およびＹ軸を含む断面を観察する場合について説明する。
予め、図２（Ａ）に示すように、円板状の氷盤２２のＺ軸方向の面のうち大気側に位置する面２２０２をカンナなどにより平坦に削って観察用の断面２２０２Ａを得る。この場合、観察用の断面が平坦になればよいため、切削の作業は簡単に行える。
次に、図１に示すように、容器１２から第２の部材１６およびハンドル部材１８を外し、観察用の断面２２０２Ａを平坦に削った円板状の氷盤２２を容器１２内に挿入し、観察用の断面を第１の部材１４の面に密着させる。この際、観察用の断面を少し暖めて溶かすことにより観察用の断面２２０２Ａと第１の部材１４の面との密着性を高めることができる。
さらに、容器１２の内周面と円板状の氷盤２２の外周面との間の隙間に冷水（例えば５℃以下）を満たして凍らせると、氷盤２２を容器１２内にしっかり固定する上で有利となる。
【００１８】
次に、容器１２の内部で第１の部材１４の下方に光源３０を配置し、第１の部材１４に向けて光を照射させる。
そして、第２の部材１６およびハンドル部材１８を上開口部１２Ｂから容器１２内に挿入し、第２の部材１６を容器１２の軸心と直交する方向に延在させた状態で、第２の部材１６を氷盤２２の面に当て付けつつハンドル部材１８を回転させる。
これによりカッタ２０が第２の部材１６と共に軸心回りに回転することで氷盤２２の面が削られ、図２（Ｂ）に示すように、氷盤２２の厚さが薄くなっていく。
【００１９】
上開口部１２Ｂの上方から容器１２内を覗くと、光源３０から第１の偏光板２４Ａ、氷盤２２、第２の偏向板２４Ｂをこれらの順番で透過した光が視認できる。
ハンドル部材１８により第２の偏光板２４Ｂを回転させ、第１の偏光板２４Ａと第２の偏光板２４Ｂとの偏光方向が９０度異った状態となると、氷の結晶構造が観察可能な状態となる。
結晶構造が２層以上あると、２層以上の結晶構造が重なりあって視認されるため、結晶構造は不明瞭な状態で視認されるが、カッタ２０により氷盤２２の面を削っていき結晶構造が１層になると、結晶構造が明瞭な状態で視認される。
例えば、氷の結晶構造が柱状であるか粒状であるか、結晶の大きさ、結晶の向きなどが明瞭な状態で視認される。
したがって、結晶構造が明瞭に視認できるまで、ハンドル部材１８を回転させて氷盤２２を削ることによって、結晶構造が１層となるように氷盤２２の厚さを調整する。
結晶構造が明瞭な状態で視認できたならば、カメラなどの撮像装置によって結晶構造を撮像して観察を終了する。
【００２０】
次に、同一の氷の結晶を、Ｘ軸およびＹ軸を含む断面と、Ｚ軸を含む断面との双方から観察する場合について説明する。
この場合は、図３（Ａ）に示すように、円板状の氷盤２２を採取したのち、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、円板状の氷盤２２をＺ軸と平行な平面で切断することにより、２つの半円板状の氷盤２２Ａ、２２Ｂを得る。
一方の半円板状の氷盤２２Ａについては、図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように、半円板状の氷盤２２ＡのＺ軸方向の面のうち大気側に位置する面２２０２をカンナなどにより平坦に削って観察用の断面２２０２Ａを得る。そして、治具１０Ａを用いて上述と同様の手順により半円板状の氷盤２２Ａの観察用の断面２２０２Ａと反対側の断面を削って観察を行なう。
【００２１】
他方の半円板状の氷盤２２Ｂについては、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示すように、半円板状の氷盤２２ＢのＺ軸と平行な断面２２１０をカンナなどにより平坦に削って観察用の断面２２１０Ａを得る。そして、治具１０Ａを用いて上述と同様の手順により、観察用の断面２２１０Ａを第１の部材１４の面に密着させ、第２の部材１６を容器１２に挿入し、結晶構造が１層となるように観察用の断面と反対側の円弧状の円周面をカッタ２０により削り、氷盤２２Ｂの厚さを調整して観察を行えば良い。
なお、図４（Ａ）、（Ｂ）において、不定形の線で描かれた部分は氷の結晶を示しており、符号Ｃは同一の氷の結晶を示す。また、図面の煩雑化を避けるため氷の結晶は一部のみを描いている。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の偏光板２４Ａおよび第２の偏光板２４Ｂの間に挿入された板状の氷盤２２、２２Ａの結晶構造を観察しつつ板状の氷盤２２、２２Ａの厚さをカッタ２０で薄くすることができるため、結晶構造が１層となるように氷の厚さを簡単に調整することができ、したがって、簡単かつ確実に氷盤路面の結晶の観察を行なう上で有利となる。
【００２３】
なお、図５に示すように、第２の保持板２６Ｂに、結晶観察用の目盛３２を形成しておくと、結晶の寸法を簡単に正確に計測する上で有利となる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
図７（Ａ）は第２の実施の形態の氷盤の結晶観察治具１０Ｂの構成を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ線断面図である。
第２の実施の形態は、カッタ２０の構成と、カッタ２０の配置場所と、ハンドル部材１８の操作により氷盤２２が回転する点が第１の実施の形態と異なっており、その他の点は第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
カッタ２０は、第１の部材１４が第２の部材１６に対向する面である第１の保持板２６Ａの面に設けられ、第１の保持板２６Ａの直径方向のほぼ全長にわたって延在している。
なお、第１の部材１４には、カッタ２０の延在方向に沿ってカッタ２０によって削られた氷を第１の部材１４の下方へ排出するための不図示の排出口が形成されている。
【００２６】
第１の部材１４と第２の部材１６との間に挿入された板状の氷盤２２の観察用の断面２２０２Ａ（２２１０Ａ）は、第２の部材１６の面に密着されることで第２の部材１６に取着される。
したがって、ハンドル部材１８によって第２の部材１６が回転されたときに、板状の氷盤２２は第２の部材１６と一体的に容器１２の軸心回りに回転し、氷盤２２の下面がカッタ２０により削り取られ、氷の厚さが薄くなる。
【００２７】
このような第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、簡単かつ確実に氷盤路面の結晶の観察を行なう上で有利となる。
【００２８】
なお、実施の形態では、氷盤路面の氷の結晶を観察する場合について説明したが、本発明は、スケートリンクや南極、北極の氷山などの氷の結晶を観察する場合にも、また、科学や理科の氷の観察実験にも適用可能であり、本発明の氷盤は、スケートリンクや氷山、池に張った氷から採取した氷盤、実験用に紙コップなどの容器に水を入れて一晩外気にさらして凍らせた氷盤、つららから採取した氷盤など広く含むものである。
例えば、氷山やスケートリンクの場合は、市販の電動ドリル装置にホールソーを取り付け、ホールソーを回転させつつ氷山の表面にあるいはスケートリンクの表面にホールソーを垂直に押し付けることで氷盤を採取し、氷盤路面の場合と同様に、本発明の結晶観察治具１０Ａ、１０Ｂにより、氷盤の結晶の観察を行なうことができる。この場合には、氷山の表面からあるいはスケートリンクの表面から任意の深さ毎の氷層の観察を行なうことが可能となる。すなわち、氷盤は、表面層に限られるものでは無く例えば氷山の中のほうの結晶を観察しても良い。
また、実験用に作成した紙コップ内の氷盤や自然にできたつららから採取した氷盤の場合には、本治具に収まるようにのこぎりなどで適度な大きさに切断採取し、氷盤路面と同様に、本発明の結晶観察治具１０Ａ、１０Ｂにより、氷盤の結晶の観察を行なうことができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０Ａ、１０Ｂ……氷盤の結晶観察治具、１２……容器、１４……第１の部材、１６……第２の部材、１８……ハンドル部材、２０……カッタ、２２……採取された氷盤、２４Ａ……第１の偏光板、２４Ｂ……第２の偏光板、２６Ａ……第１の保持板、２６Ｂ……第２の保持板、２８……排出口、３０……光源、３２……目盛。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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