(57)【要約】【課題】種々の温度において材料の接着性能を試験するシステムを提供する。【解決手段】接着性能試験システムは、接着／剥離・試験機のスレッドの上部に取り付けられたホット／コールド・プレート１１と、熱電（ＴＥ）コントローラ１２と、温度制御可能な流体サーキュレータ１３とを有する。システム内のホット／コールド・プレート１１によって、試験温度を便利にかつ急速に変更することが可能である。【選択図】図１
0003146117.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
種々の温度において材料の接着性能を試験するシステムであって、
（ｉ）メタルボトムプレートと、前記メタルボトムプレートと接触したメタルトッププレートと、前記トッププレートと前記ボトムプレートとの間に保持された少なくとも１つの熱電モジュールとを有し、前記ボトムプレートはその内部に流体循環チャネルを有しているホット／コールド・プレートが、移動スレッドの上部に取り付けられている接着／剥離・試験機と、
（ｉｉ）前記ホット／コールド・プレート内の前記熱電モジュールに動作可能なように接続され、フィードバック温度制御機能を備えた熱電コントローラと、
（ｉｉｉ）前記ホット／コールド・プレートの前記ボトムプレート内で前記流体循環チャネルに動作可能なように接続された温度制御可能な流体サーキュレータと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記ホット／コールド・プレートの前記トッププレートおよび前記ボトムプレートは、アルミニウムでつくられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ホット／コールド・プレートの寸法は、２００ｍｍ×１００ｍｍ×４０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ホット／コールド・プレートは３つの熱電モジュールを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のシステム。
【請求項５】
前記熱電モジュールでは、最大電流は１２Ａ、最大電圧は１５Ｖ、および最大電力は３００Ｗであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記循環流体は水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のシステム。
【請求項７】
前記ホット／コールド・プレートの使用温度範囲は−２０℃から８０℃であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のシステム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、種々の温度において材料の接着性能を試験するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タック試験、剥離試験、およびずれ試験（または保持力試験）などの従来の感圧接着試験は、すべて室温（２３±２℃の定温、および５０±５％ＲＨの相対湿度）で実行される。しかし、実際には、大部分の感圧接着剤（Pressure-Sensitive Adhesive:PSA）の実際の使用温度は、−２０℃から＋８０℃までの範囲で変動する。多くのＰＳＡは同様に室温で機能するが、低温および／または高温におけるそれらの接着性能および／または破壊モードは非常に異なる。あいにく、これまで、室温以外の様々な温度で感圧接着性能を容易にかつ精密に求めることが可能なグローバルな標準の試験方法がなかった。
【０００３】
ＰＳＡ産業における様々な温度で感圧接着性能を評価するために一般に使用される２つの従来技術を以下に示す。
１）多くの研究機関で使用される一般的な方法は、ピーリングマシン（例えば、Ｉｎｓｔｒｏｎ）に取り付けられたオーブンまたはチャンバーを使用することである。しかし、小型のオーブン内では、全体の効果的な剥離長さは非常に限定される。また、加熱媒体または冷却媒体のいずれかを使用して、試験試料にとって安定した一定の温度に達するのは、それほど容易ではなく、また速くもない。
２）第２の方法は、温度制御可能な箱または部屋の内部に置かれた接着力テスターを使用して、箱または部屋の外からこのテスターをトリガーすることによって行う。温度制御可能な箱または部屋の内部で接着剤を試験するときの信号の干渉を回避するには、試験機のすべての電子機器をオーブンまたは部屋の外に置かれなければならない。試験機の機械的部分のみを、調整された環境内に置くことができる。したがって、特別に設計された試験機が個々の試験室ごとに必要とされる。さらに、空調室では、試験すべき一貫性のある安定した目標温度に到達するには、多大の時間とコストがかかる。
【０００４】
上記を考慮すると、種々の温度において材料の接着性能をテストするための、さらに便利で効果的な方法およびシステムが望まれる。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本考案の目的は、種々の温度において材料の接着性能を試験するシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は本考案に係る材料の接着性能を試験するシステムにて達成される。要約すれば、本考案は、種々の温度において材料の接着性能を試験するシステムであって、
（ｉ）メタルボトムプレートと、前記メタルボトムプレートと接触したメタルトッププレートと、前記トッププレートと前記ボトムプレートとの間に保持された少なくとも１つの熱電モジュールとを有し、前記ボトムプレートはその内部に流体循環チャネルを有しているホット／コールド・プレートが、移動スレッドの上部に取り付けられている接着／剥離・試験機と、
（ｉｉ）前記ホット／コールド・プレート内の前記熱電モジュールに動作可能なように接続され、フィードバック温度制御機能を備えた熱電コントローラと、
（ｉｉｉ）前記ホット／コールド・プレートの前記ボトムプレート内で前記流体循環チャネルに動作可能なように接続された温度制御可能な流体サーキュレータと、
を有することを特徴とするシステムである。
【０００７】
本考案の一実施態様によると、前記ホット／コールド・プレートの前記トッププレートおよび前記ボトムプレートは、アルミニウムでつくられている。
本考案の他の実施態様によると、前記ホット／コールド・プレートの寸法は、２００ｍｍ×１００ｍｍ×４０ｍｍである。
本考案の他の実施態様によると、前記ホット／コールド・プレートは３つの熱電モジュールを有する。
本考案の他の実施態様によると、前記熱電モジュールでは、最大電流は１２Ａ、最大電圧は１５Ｖ、および最大電力は３００Ｗである。
本考案の他の実施態様によると、前記循環流体は水である。
本考案の他の実施態様によると、前記ホット／コールド・プレートの使用温度範囲は−２０℃から８０℃である。
【考案の効果】
【０００８】
本考案によると、ホット／コールド・プレートの上面において必要ないずれの試験温度も、５分未満で達成して安定化させることが可能である。
【０００９】
本考案のシステムは、接着／剥離・テスター（試験機）の移動スレッドの最上部に取り付けられたホット／コールド・プレートの上面に試験材料の試料を取り付け、そして、前記試験機を使用して接着試験を実行することを特徴とする材料の接着性能試験を実施することができる。
【００１０】
本考案のその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、本考案の具体的な実施例を示すが、詳細な説明および具体例は実例としてのみ取り上げたものであることを理解するべきである。なぜならば、本考案の精神および適用範囲の範囲内で種々の変更および修正を行えることは、この詳細な説明および本考案の実施から当業者にとっては明らかであるからである。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本考案に係る材料の接着性能を試験するシステムを図面に則して更に詳しく説明する。
【００１２】
本考案の以下の詳細な説明とともに、前述の概要は、添付の図面と関連付けて読んだときにさらによく理解されよう。本考案を説明する目的で、現在好ましい実施例が図面で示される。しかし、本考案は、示されている精密な装置および手段には限定されないことを理解すべきである。
【００１３】
ここで、図面を参照する。図１は、本考案による接着性能試験システムを概略的に示した図である。参照番号１０は、当該接着性能試験システムを示す。
【００１４】
図１に示されるように、ホット／コールド・プレート１１は、熱電（ＴＥ：thermoelectric）コントローラ１２および温度制御可能な流体サーキュレータ１３に同時に接続されている。温度制御可能な流体サーキュレータ１３は、２本の可撓管１３１、１３２によってホット／コールド・プレート１１内の流体循環チャネルに接続されている。ホット／コールド・プレート１１は、接着／剥離・試験機（図１には示されていない）の移動スレッドの最上部に取り付けられており、複数の貫通穴、本例では三つの貫通穴１４１、１４２、１４３の箇所でネジ留めされている。
【００１５】
図２Ａ、図２Ｂは、それぞれ異なる方向から見たホット／コールド・プレート１１の２つの横断面図である。図２Ａに示されるように、ホット／コールド・プレート１１は、メタルトッププレート１１１およびメタルボトムプレート１１２から成る。前記メタルトッププレート１１１とメタルボトムプレート１１２との間には、熱電（ＴＥ）モジュール１１３ａが保持されている。流体循環チャネル１１４を収容するために、一般にボトムプレート１１２はトッププレート１１１よりも厚く形成されている。図２Ｂは、図２Ａの方向に対して垂直な方向から見た、同じホット／コールド・プレート１１の横断面図である。図２Ｂでは、流体循環チャネル１１４の開口部１３０とともに、その他の２つの熱電（ＴＥ）モジュール１１３ｂ、１１３ｃが示されている。
【００１６】
本考案によると、ホット／コールド・プレートのトッププレートおよびボトムプレートは、金属（望ましくは、熱伝導率の優れた金属）でつくられている。本考案の実施形態においては、ホット／コールド・プレートのトッププレートおよびボトムプレートは、アルミニウムでつくられている。
【００１７】
ペルチエ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）デバイスとしても知られる熱電（ＴＥ）モジュールは、ヒートポンプとして機能する小型のソリッドステートデバイスである。「代表的」ユニットは、数ミリメートルから数センチメートル四方で数ミリメートルの厚さである。これは、小さなテルル化ビスマス（Ｂｉ2Ｔｅ3）立方体（「対」）の配列を間に備えた２枚のセラミックプレートで形成されたサンドイッチ状のものである。ＤＣ電流を加えたとき、熱はデバイスの一方の面から他方の面まで移動する。この熱は、ヒートシンクによって除去しなければならない。「コールド」側を使用して、マイクロプロセッサまたは光検出器などの電子デバイスを冷却することができる。電流が逆になると、電子デバイスはまた優れたヒーターとなる。
【００１８】
本考案によると、ホット／コールド・プレートで使用されるＴＥモジュールの数は、ホット／コールド・プレートの寸法、要求される温度範囲、および要求される加温／冷却速度によって決まる。本考案の実施形態において、ホット／コールド・プレートは３つのＴＥモジュールを含む。図３は、ボトムプレートの上面に並ぶ３つのＴＥモジュールを含む、本考案のホット／コールド・プレートの他の例を示す（ＴＥモジュールを示し、本実施例の構成の理解を容易とするために、トッププレートが取り外されている）。
【００１９】
ＴＥモジュールは市販されている。製造業者には、Ｍａｒｌｏｗ社（米国、テキサス州、ダラス）、Ｍｅｌｃｏｒ社（米国、オハイオ州、クリーブランド）、およびＴｅｌｌｕｒｅｘ社（米国、ミシガン州、トラバースシティー）などがある（ただし、それらに限定されるものではない）。
【００２０】
本考案で使用されるＴＥコントローラも市販されている。望ましくは、ＴＥコントローラは、ホット／コールド・プレートの表面上で安定した試験温度を実現できるようなフィードバック温度制御機能を有する。ＴＥコントローラの製造業者の一覧に関しては、ｗｗｗ．ｐｅｌｔｉｅｒ−ｉｎｆｏ．ｃｏｍ／ａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓ．ｈｔｍｌを参照のこと。
【００２１】
本考案で使用される温度制御可能な流体サーキュレータも市販されている。一般に、通常の試験室ウォーターサーキュレータは、本考案で使用するのに適している。基本的に、ホット／コールド・プレートの使用温度は、循環流体の温度より４０℃低い温度から８０℃高い温度までの範囲である。したがって、１０℃の流体は、−３０℃から９０℃までの間のいずれの試験温度も生成することができる。しかし、流体循環中に熱損失が生じるため、循環流体として水を使用することによって、一般に−２０℃から８０℃までの間の試験温度を生成することができる。この約１００℃にわたる広い使用温度範囲は、地球上でのＰＳＡの用途に対して最も現実的な温度をカバーしている。この代表的な動作範囲から外れたさらに低いまたはさらに高い試験温度が必要な場合、循環流体に冷却剤を加えることによって、または循環流体を加熱することによってその温度を達成することができる。
【００２２】
本考案で使用される接着／剥離・試験機は、ＰＳＡの接着性能を試験するために試験室で一般的に用いられているものである。本考案の実施例においては、接着／剥離・試験機は、ＣｈｅｍＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製（米国、オハイオ州、フェアフィールド）のＡｄｈｅｓｉｏｎ／Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｔｅｓｔｅｒ  ＡＲ−１０００またはＡＲ−１５００である。図４は、参照番号１００で示すＡｄｈｅｓｉｏｎ／Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｔｅｓｔｅｒ  ＡＲ−１５００のスレッド１０１に固定された、本考案によるホット／コールド・プレート１１の例を示す。
【００２３】
本考案を、以下の例によってさらに詳細に説明する。これらの例は、説明する目的で提供されるものであり、本考案の適用範囲を限定するものとして解釈されてはならない。
【００２４】
実施例：ＨＭＰＳＡの１８０°剥離力試験
【００２５】
１．試料の準備
【００２６】
本実施例では、接着剤Ａ、Ｂ、Ｃで指定される３つの市販のホットメルト感圧接着剤（Hot-melt Pressure-sensitive Adhesive:ＨＭＰＳＡ）を使用した。接着剤は、５０μｍのポリエステル（ＰＥＴ）上にホットメルトコーターによって個別に塗布されており、その結果２５μｍの接着剤フィルムを形成している。
【００２７】
２．試験システムのセットアップ
【００２８】
本実施例で使用されるホット／コールド・プレート１１は、トッププレート１１１およびボトムプレート１１２は、アルミニウム製とされ、３つのＴＥモジュール１１３を備えている（最大電流＝１２Ａ、最大電圧＝１５Ｖ、最大電力＝３００Ｗ）。ホット／コールド・プレート１１は、Ａｄｈｅｓｉｏｎ／Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｔｅｓｔｅｒ  ＡＲ１５００（ＣｈｅｍＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製（米国、オハイオ州、フェアフィールド））１００のスレッド１０１の最上部に予め取り付けられている。ホット／コールド・プレート１１の寸法（２００ｍｍ×１００ｍｍ×４０ｍｍ）は、スレッド１０１の寸法に対応している。代表的な温度制御可能なウォーターサーキュレータ１３は、２つの可撓管（入口および出口）１３１、１３２によってホット／コールド・プレート内の流体循環チャネルに接続されている。ホット／コールド・プレートのＴＥモジュール１１３は、温度センサーのプローブ（図示せず）を備えたＴＥコントローラ１２に接続されている。前記プローブは、ホット／コールド・プレートのトッププレート１１１とボトムプレート１１２の間に挿入される。
【００２９】
３．試験の準備
【００３０】
ウォーターサーキュレータとＴＥコントローラは、個別に電源コンセントに接続されて、電源が投入される。サーキュレータ内の水の温度は、以下の原理に基づいて選択される。ホット／コールド・プレートの使用温度は、循環流体の温度より４０℃低い温度から８０℃高い温度までの範囲である。本実施例では、水温は１０℃に設定されている。サーキュレータ内の水の温度が設定温度に達したとき、ＴＥコントローラは第１の試験温度に設定される。別の試験温度に変化したとき、ＴＥコントローラは次の試験温度に設定されるとともに、コントローラ上の加熱／冷却スイッチは要求されている側に切り換えられる。
【００３１】
４．試験手順
【００３２】
上述したように準備された試験試料は、最初に標準的なステンレス鋼パネル上でゴムローラによって転がされる。その後、ステンレス鋼パネルは、試験試料を上向きにした状態で、ホット／コールド・プレート１１の表面上の、二つのプレートガイドＧ１、Ｇ２にて形成されたスロットＳに挿入される。試験試料の温度が試験温度に達したとき（通常、試験温度に達するまで数分を要するが、非接触ＩＲ温度計を使用して確認することが可能である）、ＰＳＴＣ−１０１（ＰＳＴＣ試験方法、第１４版）の試験方法Ａによって、１８０°剥離力テストを１２インチ／分の剥離速度で実行する。種々の試験温度における剥離接着力および破壊モードが記録される。
【００３３】
５．結果
【００３４】
種々の温度における接着剤Ａ、Ｂ、Ｃの１８０°剥離力および破壊モードを、以下の表に記載する。
【表１】
0003146117.tif 000003
注：ＣＦ＝凝着（cohesion）失敗モード、ＳＳ＝スティックスリップ（stick-slip）モード。試験室接着試験は、通常、ＳＳモードが生じる温度で停止する。
【００３５】
上記の実施例に対する変更をその広範な創意に富んだ概念から逸脱することなく行うことができることは、当業者によって理解されることである。従って、本考案は、開示される特定の実施例に限定されるものではないが、添付の実用新案登録請求の範囲によって定義されるような本考案の精神および適用範囲の範囲内で行われる修正を対象として含むことを目的とすることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本考案による接着性能試験システムの実施例を示す図である。接着／剥離・試験機は図示されていない。
【図２】図２Ａ、２Ｂは、それぞれ本考案によるホット／コールド・プレートの一実施例を示す断面図である。
【図３】図３は、ボトムプレートの上面に並ぶ３つの熱電（ＴＥ）モジュールを含む、本考案のホット／コールド・プレートの一実施例を示す図である（図面の理解を容易にするために、トッププレートが取り外されている）。
【図４】図４は、接着／剥離・試験機であるＡｄｈｅｓｉｏｎ／Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｔｅｓｔｅｒ  ＡＲ−１５００（ＣｈｅｍＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製（米国、オハイオ州、フェアフィールド））のスレッドの最上部に取り付けられた本考案のホット／コールド・プレートの一実施例を示す図である。接着／剥離・試験機の左には、熱電（ＴＥ）コントローラも示されている。
【符号の説明】
【００３７】
１０      接着性能試験システム
１１      ホット／コールド・プレート
１２      熱電（ＴＥ）コントローラ
１３      流体サーキュレータ
１００    接着／剥離・試験機
１０１    スレッド
１１１    メタルトッププレート
１１２    メタルボトムプレート
１１３（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）    熱電（ＴＥ）モジュール
１１４    流体循環チャネル
１３１、１３２    可撓管
【図１】
0003146117.tif 000004
【図２】
0003146117.tif 000005
【図３】
0003146117.tif 000006
【図４】
0003146117.tif 000007