(57)【要約】      （修正有）【課題】測定時の振子のブレを軽減し、剛体振子式粘弾性測定装置の測定再現性を向上させる。【解決手段】剛体振子式粘弾性測定装置に備えられた試料板１１の試料面１２に、剛体振子のナイフエッジ部の先端が突きあてられる凹状の窪み１３を設け、剛体振子が窪みに突きあてられたエッジ部の先端を支点にブレることなく周期運動するようにしたので測定精度を向上することができる。【選択図】図３
2008032568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料と接触し、該試料に振動を与えるナイフエッジ部を有する剛体振子と、
前記剛体振子のナイフエッジ部の先端を突きあてる凹状の窪みを有する試料板と、
を備えた剛体振子式粘弾性測定装置。
【請求項２】
前記凹状の窪みは、該窪みの長手方向と直交する断面が、半径ｒの円における中心角がθであるときの円弧状に形成されており、前記中心角θは、前記円の円心を通り前記試料板の試料面の法線方向に平行な直線と、該円心と前記窪みの試料面におけるエッジとを通る直線と、のなす角度αの２倍（２α）である場合に、０．２ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍ、かつ３０°≦α≦４５°を満たすことを特徴とする請求項１に記載の剛体振子式粘弾性測定装置。
【請求項３】
前記ナイフエッジ部の先端は、前記断面の試料面における前記窪みの幅長より小さい半径の円弧形状を有してなることを特徴とする請求項２に記載の剛体振子式粘弾性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、剛体振子を用いた自由減衰により粘弾性を測定するのに好適な剛体振子式粘弾性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
剛体振子は一般に、被測定物である膜に接すると共に先端部が振り子運動する際の支点となるナイフエッジ部と、ナイフエッジ部の振動における慣性モーメントを確保するための質量部材とを設けて構成することができる。
【０００３】
粘弾性の測定は、まずナイフエッジ部の先端（振子先端）を膜に接触させ、図６に示すように左右方向への振り子運動させて膜に振動を付与する。振動は、例えば電磁力により付与される。このとき、膜が高粘弾性の場合は振動減衰が早く、低粘弾性の場合は振動減衰は遅い。
したがって、例えば硬化性の塗膜などでは硬化の過程における粘弾性に変化がある場合、振子振動の自由減衰の減衰率や周期に影響を与え、これらを測定することで粘弾性およびその変化の測定を行なうことができる。
【０００４】
上記のような剛体振子を用いた粘弾性の測定にあたっては、同一サンプルの測定でも測定データが異なってしまう場合があり、信頼性の高いデータを得ることが困難なことがある。
【０００５】
粘弾性の測定精度に関連して、粘弾性を有する成膜に接触させると共に振動させるエッジ部とエッジ振動の慣性モーメントを確保する部材とを設け、これらの位置関係を規定した粘弾性測定用剛体振子に関する開示がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平５−４０８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、この粘弾性測定用剛体振子でも、振子自身の自由減衰運動が安定しないため、測定の再現性が低下してしまう。
【０００７】
このように同一のサンプルでも測定結果に差異が生じ、再現性を確保できない理由として、エッジ先端形状の対称性不足や、例えば塗膜厚みなど被測定物の不均一さから振子の左向き運動と右向き運動のモーメントに差が生じる結果、エッジの支点がブレて、周期運動が不安定になることが考えられる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、測定時の剛体振子のブレを軽減し、再現性のよい測定を行なうことができる剛体振子式粘弾性測定装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、測定試料を置く試料板表面に凹状（望ましくは断面円弧状）に窪みを設け、この窪みにナイフエッジの先端を突きあてて支点にすると、空気を巻き込む等の測定精度を損なう要因を伴なうことがなく、剛体振子のブレの解消に特に有効であるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の剛体振子式粘弾性測定装置は、試料と接触し、該試料に振動を与えるナイフエッジ部を有する剛体振子と、剛体振子のナイフエッジ部（以下、単にエッジ部ともいう。）の先端を突きあてる凹状の窪みを有する試料板とを設け、剛体振子が窪みに突きあてられたエッジ部の先端を支点に周期運動するように構成したものである。
【００１１】
本発明の剛体振子式粘弾性測定装置においては、剛体振子を所定の方向に振って振り子運動（周期運動）させたときに支点となるエッジ部先端を突きあてる窪みを、試料板の測定試料を置く面に凹状に設けることで、従来のように例えば図６に示すような塗膜の厚み不均一やエッジ先端形状の対称性不足などが原因で往復運動する振子の自由減衰運動が安定せず周期運動のモーメントに差が生じて支点がブレるのを解消し、振り子運動する剛体振子の周期運動の不安定さを軽減することができるので、測定精度を向上させることができる。
【００１２】
本発明における試料板に設けられる凹状の窪みは、該窪みの長手方向と直交する断面が、半径ｒの円における中心角がθであるときの円弧状に形成されており、前記中心角θが、前記円の円心を通り試料板の試料面の法線方向に平行な直線と、該円心と窪みの試料面におけるエッジとを通る直線と、のなす角度αの２倍（２α）である場合に、０．２ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍ、かつ３０°≦α≦４５°の関係を満たすように形成されていることが好ましい。
【００１３】
半径ｒの円の円弧（円周）のうち、中心角がθ（≦９０°）であるときの円弧形状に窪みを形成する場合に、０．２ｍｍ≦半径ｒ≦０．３ｍｍの範囲における中心角θ（＝２α）を３０°≦α≦４５°の範囲の角度とすることで、例えば空気の巻き込みや試料板の変形など測定精度を損なう要因を伴なうことなく、測定の再現性を効果的に向上させることができる。
【００１４】
剛体振子のナイフエッジ部の先端は、窪みの長手方向と直交する断面の、試料面における試料面と平行な窪みの幅長より小さい半径の円弧形状を有して形成されていることが好ましい。
【００１５】
試料板に設けられた断面円弧状の窪みの形状に合わせて、窪み内壁と対向するエッジ部先端を、窪みの長手方向と直交する断面をみたときの試料面における幅長より小さい半径の円の円弧形状に構成するので、剛体振子の周期運動の不安定さがより軽減され、測定精度をより向上させることができる。
【００１６】
本発明の剛体振子式粘弾性測定装置は、試料板の窪みを覆うようにして置かれた試料の測定を行なうもので、測定範囲内の厚みの差の影響を受けにくいため、例えば、非硬化性のあるいは架橋や重合反応等による硬化性を有する液膜（塗布膜など）の粘弾性またはその変化を測定するのに好適である。
また、粘弾性の測定は、例えば、硬化速度の解析、固化特性の評価、乾燥速度や表面物性の解析、ゲル化特性の評価、インキの物性評価などに好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測定時の剛体振子のブレを軽減し、再現性のよい測定を行なうことができる剛体振子式粘弾性測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の剛体振子式粘弾性測定装置について詳細に説明する。
本発明の剛体振子式粘弾性測定装置は、試料と接触し、該試料に振動を与えるナイフエッジ部を有する剛体振子と、剛体振子のナイフエッジ部の先端を突きあてる凹状の窪みを有する試料板とを設けて構成されている。
【００１９】
−剛体振子−
剛体振子は、測定試料に接触するナイフエッジ部を有し、このナイフエッジ部は、測定試料に接触する状態で、ナイフエッジ部の長手方向（エッジ長手方向）と直交する断面のエッジ先端を通る中心線の左右方向に周期運動させたときに、支点となって測定試料に振動を与える部分である。
【００２０】
ナイフエッジ部に周期的な往復運動の振動を与えると、ナイフエッジ部から測定試料に伝達された振動は測定試料に吸収されて自由減衰し、自由減衰する際の減衰率の変化、周期の変化の挙動から粘弾性を求めることができる。
【００２１】
ナイフエッジ部は、形状が特に制限されるものではなく、そのエッジ長手方向と直交する断面をみたときに、例えば、三角錐状等の鋭角形状、または丸みのある円弧形状に成形されたものがある。本発明においては、先端部位はいずれの形状でもよいが、試料板の窪みの形状やサイズに合わせて選択されるのが望ましく、例えば試料板の窪みがエッジ長手方向に直交する断面でみたときに円弧状に形成されている場合は、先端部位が丸みのある円弧形状に成形されたエッジが好ましく、より好ましくは、窪みの長手方向と直交する断面の、試料面における窪みの幅長より小さい半径の円の円弧形状である。
【００２２】
ナイフエッジ部には、例えば、鋼、セラミックスなど、測定温度範囲で弾性率が高く、測定試料と化学反応を起こさない材質を用いることができる。
【００２３】
ナイフエッジ部は、先端部位の刃先角が粘弾性測定感度に大きく影響する。刃先角は、エッジ長手方向と直交する断面において重力方向となす鋭角である。すなわち、刃先角が大きいほど測定試料から受けるトルクは大きく、感度が高くなる。その一方、塗膜等の粘弾性測定では溶媒等の揮発過程で測定することが多いが、刃先角が大きいほど揮発成分の揮散が妨げられ、測定の再現性は低下する。そのため、エッジ先端に向かって細くなるエッジ部の刃先角は、およそ６０°以内が望ましい。逆に刃先角が小さすぎると、測定感度が低くなると共に破損のおそれが増すので、１０°以上が望ましい。
【００２４】
エッジ部の先端を断面円弧の形状に成形する場合、例えば図１に示す形状にすることができる。ナイフエッジ部は、エッジ先端に向かって断面角度２０°で太さが漸減し、その先端が半径０．４ｍｍの円の円弧形状に形成されている。
【００２５】
本発明の剛体振子式粘弾性測定装置においては、剛体振子は従来から知られているものの中から、目的や試料板の窪み形状等に対応して適宜選択して使用することができる。
【００２６】
−試料板−
試料板は、剛体振子のナイフエッジ部の先端を突きあてる凹状の窪みを有しており、測定試料をのせて測定するための試料台となるものである。
【００２７】
測定試料をのせた試料板の窪みに測定試料と接触するように剛体振子のナイフエッジ部を突きあて、突きあてた状態で窪み中の突きあて部を支点に剛体振子を振り子運動させることにより、測定試料の粘弾性の測定が行なえる。
【００２８】
凹状の窪みは、剛体振子のナイフエッジ部先端の少なくとも一部が入り込んで支点となる形状を有していればよく、任意の形状、深さに形成することができる。測定時の例えば空気の巻き込みや試料板の変形など、測定精度を損なう要因を伴なわずに効果的に測定データの再現性を向上させる観点からは、例えば突きあてるナイフエッジ部先端のエッジ長さ方向と直交する平面上の試料面と平行な幅長が２５ｍｍである場合において、凹状の窪みは、半径ｒの円における中心角θであるときの円弧形状に形成し、このときの中心角θを、円心を通り試料板の試料面の法線方向に平行な中心線と、円心と窪みの試料面におけるエッジとを通る直線と、のなす角度αの２倍（２α）とした場合に、０．２ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍ、かつ３０°≦α≦４５°の関係を満たす凹形状に構成されることが好ましい。
【００２９】
窪みが、０．２ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍ、かつ３０°≦α≦４５°の関係を満たす円弧状の凹形状に構成されると、エッジ近傍に空気を巻き込む等して測定精度が損なわれることがなく、再現性のよい測定を行なうことができる。
【００３０】
以下、図２〜図３を参照して具体的に説明する。図２は、凹状に窪みが形成された試料板を示す斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ'線断面図である。
図２に示すように、試料板１１の試料をのせる試料面１２に窪み１３が形成されており、窪み１３の試料面１２における幅長はＲである。この窪みは、図３に示すように、半径ｒ（０．２ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍ）の円柱（図２参照）の曲面のうち、円形断面の中心角θ（＜９０°）の範囲で区切られる曲面形状になっている。中心角θは、図３中の２αで表され、ナイフエッジ部先端のサイズに対応して３０°≦α≦４５°の範囲から選択される。αは、円柱としてみたときの円形断面の円心Ｐを通り試料板１１の試料面１２の法線方向に平行な中心線βと、円心Ｐと窪み１３の試料面１２におけるエッジ１４とを通る直線とのなす角度である。つまり、円心Ｐで中心線βと角度αをなす線が円柱の柱長方向に並んだ線群と試料面１２とが交差する点群が窪みの試料面におけるエッジ１４となる。
【００３１】
試料板には、例えば、ステンレス、アルミニウムなどを用いることができる。また、試料板の厚みは、一般に数ｍｍ程度であり、好ましくは２〜４ｍｍの範囲で構成される。
【００３２】
本発明においては、ナイフエッジ部の先端が試料板の窪みの試料面における幅Ｒより小さい半径（より好ましくは０．０４ｍｍ〜０．０６ｍｍ）の円の円弧形状であって、試料板の窪みが０．２ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍ、かつ３０°≦α≦４５°の関係を満たす断面円弧形状の凹状をなし、試料板の厚みが２ｍｍ〜４ｍｍである場合が特に好ましい。
【００３３】
剛体振子には、一般に、その質量部材の一部あるいはナイフエッジ部を保持するホルダーなどに、エッジ部に振動を付与するための加振片、および振動状態を測定するための変位片が設けられる。そして、加振片および変位片の近傍には、ソレノイド等の加振器や変位センサ等が非接触で配置され、加振器および変位センサは制御装置に電気的に接続される。制御装置は、振子に加振し、また、変位センサからの信号により周期運動している振子の自由減衰振動を計測する。また、制御装置は、必要に応じて測定試料である成膜の温度測定および温度制御を行ない、測定データは制御装置の制御部で処理されるように構成することができる。
【００３４】
本発明の剛体振子式粘弾性測定装置を用いた粘弾性の測定は、まず窪みが形成された試料板の上に被測定物を、例えば塗布して成膜し、この成膜と接触するようにしてナイフエッジ部の先端を試料板の窪みに突きあてる。次いで、例えば加振器等を用いることにより、剛体振子を適切な振幅で振動させる。そして、変位センサにより、剛体振子の振動挙動、すなわち図３の中心線βの左右方向に図４に示すように、往復運動する振子の振動周期、振幅の減衰率等を測定し、得られた測定値に基づいて粘弾性を算出することで行なえる。
【００３５】
−その他−
本発明の剛体振子式粘弾性測定装置には、上記の剛体振子および試料板以外に、慣性モーメントを確保するための質量部材、エッジを保持するためのホルダー、該ホルダーと質量部材との間に介設されて両者を結合する連結部材、測定試料に紫外光（ＵＶ）等の照射する光源（例えばＵＶ装置）、並びに温度／湿度センサなどその他をさらに設けて構成することができる。
【００３６】
前記質量部材としては、容易に変形しない機械強度を有する材料が望ましく、例えば、ステンレス鋼、タングステン、白金合金など、密度の高い材質が好ましい。また、質量部材の形状としては、円環体（実開平５−４０８６９号公報の図１、図６、図７および図１１参照）、球状体（同公報の図８および図１０参照）、円板体（同公報の図９参照）などがある。中でも、質量部材は円環体が好ましい。円環体の半径は、剛体振子の許容重量や円環体の材質の密度および機械強度等から適宜選択すればよい。
【００３７】
前記ホルダーとしては、例えば、ベークライト、ガラス繊維強化エポキシ樹脂など、測定温度範囲で充分な機械強度を有し、熱伝導率の低い材質が望ましい。エッジ部からの熱の放散が大きいと、測定試料の温度の均一性が損なわれて測定精度が低下するおそれがある。
前記連結部材としては、例えば、ジュラルミン、チタン、マグネシウム合金、炭素繊維強化樹脂など、密度が低く高剛性の材料が好ましい。
【００３８】
本発明の剛体振子式粘弾性測定装置の用途としては、塗布膜などの液膜状態としたときの粘弾性またはその変化の測定に好適であり、例えば、塗料、接着剤、化粧品、医薬品、硬化性組成物、プラスチックス、インキ、各種ペーストなどの粘弾性の測定に広く用いることができる
【実施例】
【００３９】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、下記の「部」は質量基準である。
【００４０】
（実施例１〜７、比較例１）
まず剛体振子式の粘弾性測定装置として、（株）エー・アンド・デイ（A&D Co.,LTD）製の剛体振子型物性試験器ＲＰＴ−５０００を準備した。この試験器は、図５−（ａ）〜（ｂ）に示すように、側面からみた断面が円形の円環状剛体振子を備えており、円環状の部位（円環体）はステンレス鋼を用いて半径１００ｍｍに構成されており、慣性モーメントを確保するための質量部材となっている。
【００４１】
円環状剛体振子の内側には、試料板を支持する支持台となる冷熱ブロックと、先端がこの冷熱ブロックと向き合うように設けられたナイフエッジとが配置されている。また、試験器内には、器内温度測定用の温度センサ、および試料台上に置いた測定試料へのＵＶ照射が可能なようにＵＶ装置（EXECURE3000 HOYA CANDEO OPTRONICS社製）が備えられている。
本実施例では、試料板として、下記の試料板を冷熱ブロック上に配置した。
【００４２】
試料板として、厚み２ｍｍのアルミニウム製基板に下記表１に示す半径ｒ、角度αの窪みが、図２と同じようにして試料面に形成された７種類の試料板〔＃１〜＃７（実施例１〜７）および＃８（比較例１）〕を作製し、測定にはこれらを用いた。
【００４３】
また、試験器内に配置されたナイフエッジは、図１に示すように、２０°の角度で太さが漸減し、先端部が半径０．４ｍｍの球の球面形状に成形されたものを用いた。
【００４４】
測定試料は、下記組成の成分を混合して調製した塗料サンプルを用いた。
〈組成〉
・ブチルメタクリレート８５部と２−ヒドロキシエチルメタクリレート１５部との共重合生成物（重量平均分子量：１００００）            ・・・１００部
・ポリヘキサメチレンジイソシアネート            ・・・  ２０部
【００４５】
試料板＃１〜＃７および＃８を順次冷熱ブロック上に配置し、配置された試料板の各窪みが覆われるようにして上記の塗料サンプルを膜厚３０μｍにて１００μｍアプリケータにより塗布した。この塗布膜にナイフエッジを下ろして接触させ、２５℃から３．８℃／ｍｉｎの昇温速度で１４０℃まで昇温し、徐々に加熱硬化させながら粘弾性を測定した。
【００４６】
測定は、各試料板ごとにそれぞれ３回同じ測定を繰り返し行ない、下記評価基準にしたがって再現性を評価した。測定結果は、下記表１に示す。
〈評価基準〉
◎：非常に良好な再現性が得られた。
○：良好な再現性が得られた。
△：再現性がやや低下したが実用上は許容できる範囲であった。
×：再現性に劣っていた。
【００４７】
【表１】
2008032568.tif 000003
【００４８】
前記表１に示すように、試料板に窪みを設けた実施例では、比較例に比べ、再現性が良化した。また、０．２ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍかつ３０°≦α≦４５°を満たす形状の窪みを形成した場合（＃１〜＃２、＃４〜＃５）には、特に良好な再現性を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ナイフエッジ部の断面形状を説明するための断面図である。
【図２】本発明の剛体振子式粘弾性測定装置の試料板に形成されている窪みの例を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ'線断面図である。
【図４】本発明における試料板の窪みにナイフエッジ部を突きあてた状態で周期運動させている様子を説明するための概略断面図である。
【図５】（ａ）は実施例で用いた剛体振子型物性試験器を正面からみた断面図であり、（ｂ）は（ａ）の剛体振子型物性試験器を側面からみた断面図である。
【図６】従来の剛体振子式の粘弾性測定装置での周期運動の様子を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１…試料板
１２…試料面
１３…窪み
１４…窪みの試料面におけるエッジ
【図１】
2008032568.tif 000004
【図２】
2008032568.tif 000005
【図３】
2008032568.tif 000006
【図４】
2008032568.tif 000007
【図５】
2008032568.tif 000008
【図６】
2008032568.tif 000009