(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体試料の測定面に対向して配置され、前記測定面に対向する対向面、前記対向面の外周において前記測定面に対向しない外周面、および前記対向面に連通する収容部を備える対向部材と、
前記収容部内を通じて前記測定面と前記対向部材の間に液体試料を供給する供給装置と、
前記固体試料および前記対向部材を前記測定面に略沿う方向において相対移動させる移動機構と、
前記測定面と前記対向部材の間の液体試料を前記固体試料および前記対向部材の相対移動方向に略直交する方向から撮像する撮像装置と、
前記収容部内の前記液体試料と連続する前記液体試料が前記対向面と前記測定面の間において前記外周面に接触することなく架橋を形成した状態で前記固体試料および前記対向部材が相対移動中に前記撮像装置が撮像した画像に基づいて動的接触角を導出する接触角導出装置と、を備えることを特徴とする、
動的接触角計。
【請求項２】
前記移動機構は、前記測定面における所定の測定範囲にわたって前記対向部材が前記固体試料に対して相対移動可能に構成されることを特徴とする、
請求項１に記載の動的接触角計。
【請求項３】
前記接触角導出装置は、前記測定範囲内に設定された複数の測定点を前記対向部材が通過中の画像に基づき、前記複数の測定点ごとに動的接触角を導出することを特徴とする、
請求項２に記載の動的接触角計。
【請求項４】
固体試料の測定面に対向して配置され、前記測定面に対向する対向面、前記対向面の外周において前記測定面に対向しない外周面、および前記対向面に連通する収容部を備える対向部材を使用する動的接触角の測定方法であって、
前記固体試料の前記測定面に前記対向部材を対向させて配置し、
前記収容部内を通じて前記測定面と前記対向部材の間に液体試料を供給し、
前記収容部内の前記液体試料と連続する前記液体試料が前記対向面と前記測定面の間において前記外周面に接触することなく架橋を形成した状態で、前記固体試料および前記対向部材を前記測定面に略沿う方向において相対移動させ、
前記固体試料および前記対向部材の相対移動中に、前記測定面と前記対向部材の間の液体試料を前記固体試料および前記対向部材の相対移動方向に略直交する方向から撮像して動的接触角を測定すること特徴とする、
動的接触角の測定方法。
【請求項５】
前記測定面における所定の測定範囲にわたって前記対向部材を前記固体試料に対して相対移動させることを特徴とする、
請求項４に記載の動的接触角の測定方法。
【請求項６】
前記測定範囲内に設定された複数の測定点ごとに動的接触角を測定することを特徴とする、
請求項５に記載の動的接触角の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体表面に対する液体のぬれ性を示す指標として用いられる接触角の測定に関し、特に、固体表面と液体が相対的に移動する場合の接触角である動的接触角を測定する動的接触角計および動的接触角の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体表面における液体の接触角は、一般的に平板状の固体試料上に所定量の液体試料を滴下して側方から撮像することにより測定されている。すなわち、固体試料上の液滴を側方からＣＣＤカメラ等により撮像し、これにより得られた液滴の側面画像に基づいて、液滴が固体試料表面と接する部分の角度を算出する（例えば、特許文献１参照）。この方法で測定される接触角は、固体表面に対し液体が静止している状態での接触角であるため、静止接触角と呼ばれることもある。
【０００３】
一方、例えばスピンコートや遠心脱水等の分野においては、固体表面に対して液体が相対的に移動する、すなわち固液界面が移動する状態でのぬれ性を評価する必要があり、このような場合に使用される指標として動的接触角がある。この動的接触角には、固液界面の進行方向側（前方側）における接触角である前進接触角と、進行方向の反対側（後方側）における接触角である後退接触角との２種類の接触角がある。
【０００４】
動的接触角の測定方法としては、固体試料上の液滴を拡張・収縮させる拡張／収縮法、固体試料を傾けて液滴を固体表面上で滑らせる滑落法（転落法）、および液体試料中に固体試料を沈降・浮上させるウィルヘルミー法等が従来知られている。しかしながら、これらの測定方法は、固体試料および液体試料の性状によっては、適切な測定が行えない場合があり、高精度な測定を安定して行うことが難しいという問題があった。また、固液界面の移動速度の違いによる動的接触角の変化、すなわち動的接触角の速度依存性を測定することが困難であった。
【０００５】
一方、固体試料上の液滴に針状管体を挿入し、針状管体によって液滴を保持した状態で固体試料を移動させることにより、動的接触角を測定する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７７３７３号公報
【特許文献２】特許第３７６７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２に記載の測定方法では、液滴の保持力が針状管体の外周面における付着力によって決まるため、液体試料の種類や固体試料との組み合わせによっては針状管体から液滴が外れてしまい、測定不能となる場合があるという問題があった。このため、液体試料および固体試料の性状や組み合わせ等に応じて、針状管体の材質および表面処理を慎重に選定するだけでなく、固体試料の移動速度も適切に設定する必要があり、測定の準備段階から非常に手間がかかるものとなっていた。
【０００８】
また、同測定法においては、液滴が針状管体に引き寄せられて固体試料から浮き上がるのを防止するために、針状管体の外径を固液界面の外径の１／２以下にする必要があり、液滴の保持力に限界があるという問題があった。このため、固体試料を高速で移動させる場合には針状管体から液滴が外れやすく、動的接触角を測定可能な固液界面の移動速度が限定されるものとなっていた。従って、やはり動的接触角の速度依存性を測定することが困難であった。
【０００９】
さらに、針状管体の外径が固液界面の外径の１／２以下に限定されることにより、固液界面の移動に伴う液滴の変形量が大きくなると共に外乱の影響を受けやすくなるため、固体試料の移動開始から動的接触角を測定可能な安定状態となるまでに時間を要するという問題があった。このため、例えば所定の測定範囲にわたって動的接触角を連続的に測定し、固体試料表面における動的接触角の分布を求めるといったことは、困難であった。
【００１０】
本発明は、斯かる実情に鑑み、動的接触角の測定を多彩な条件下で安定的に行うことが可能な動的接触角計および動的接触角の測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は、固体試料の測定面に対向して配置され、前記測定面に対向する対向面、前記対向面の外周において前記測定面に対向しない外周面、および前記対向面に連通する収容部を備える対向部材と、前記収容部内を通じて前記測定面と前記対向部材の間に前記液体試料を供給する供給装置と、前記固体試料および前記対向部材を前記測定面に略沿う方向において相対移動させる移動機構と、前記測定面と前記対向部材の間の液体試料を前記固体試料および前記対向部材の相対移動方向に略直交する方向から撮像する撮像装置と、前記収容部内の前記液体試料と連続する前記液体試料が前記対向面と前記測定面の間において前記外周面に接触することなく架橋を形成した状態で前記固体試料および前記対向部材が相対移動中に前記撮像装置が撮像した画像に基づいて動的接触角を導出する接触角導出装置と、を備えることを特徴とする、動的接触角計である。
【００１２】
（２）本発明はまた、前記移動機構は、前記測定面における所定の測定範囲にわたって前記対向部材が前記固体試料に対して相対移動可能に構成されることを特徴とする、上記（１）に記載の動的接触角計である。
【００１３】
（３）本発明はまた、前記接触角導出装置は、前記測定範囲内に設定された複数の測定点を前記対向部材が通過中の画像に基づき、前記複数の測定点ごとに動的接触角を導出することを特徴とする、上記（２）に記載の動的接触角計である。
【００１６】
（４）本発明はまた、固体試料の測定面に対向して配置され、前記測定面に対向する対向面、前記対向面の外周において前記測定面に対向しない外周面、および前記対向面に連通する収容部を備える対向部材を使用する動的接触角の測定方法であって、前記固体試料の前記測定面に前記対向部材を対向させて配置し、前記収容部内を通じて前記測定面と前記対向部材の間に液体試料を供給し、前記収容部内の前記液体試料と連続する前記液体試料が前記対向面と前記測定面の間において前記外周面に接触することなく架橋を形成した状態で、前記固体試料および前記対向部材を前記測定面に略沿う方向において相対移動させ、前記固体試料および前記対向部材の相対移動中に、前記測定面と前記対向部材の間の液体試料を前記固体試料および前記対向部材の相対移動方向に略直交する方向から撮像して動的接触角を測定すること特徴とする、動的接触角の測定方法である。
【００１７】
（７）本発明はまた、前記測定面における所定の測定範囲にわたって前記対向部材を前記固体試料に対して相対移動させることを特徴とする、上記（６）に記載の動的接触角の測定方法である。
【００１８】
（８）本発明はまた、前記測定範囲内に設定された複数の測定点ごとに動的接触角を測定することを特徴とする、上記（７）に記載の動的接触角の測定方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る動的接触角計および動的接触角の測定方法によれば、動的接触角の測定を多彩な条件下で安定的に行うことが可能という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）および（ｂ）本発明の実施形態に係る動的接触角計の概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）対向部材の先端部およびその周辺を拡大して示した概略図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）対向部材のその他の形態の例を示した概略図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）動的接触角の測定手順を示した概略図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）動的接触角の測定手順を示した概略図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）動的接触角のその他の測定方法の例を示した概略図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）架橋の適切な体積を求める手法の一例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２２】
まず、本発明の実施の形態に係る動的接触角計１について説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る動的接触角計１の概略図である。なお、同図（ａ）は動的接触角計１の正面図であり、同図（ｂ）は動的接触角計１の平面図である。
【００２３】
同図に示されるように、動的接触角計１（以下、単に接触角計１と呼ぶ）は、ベース１０と、ベース１０上に配置されたステージ２０と、ステージ２０の側方に配置された撮像装置３０と、撮像装置３０の反対側においてステージ２０の側方に配置された照明装置４０と、ステージ２０の上方に配置された対向部材５０と、対向部材５０に接続される供給装置６０と、コンピュータ７０と、を備えて構成されている。
【００２４】
この動的接触角計１は、固体試料２の測定面２ａ（上面）と対向部材５０の間に液体試料３の架橋４を形成し、この状態で固体試料２と対向部材５０を測定面２ａに沿って相対的に移動させることにより、固体試料２の液体試料３に対する動的接触角を測定するものである。
【００２５】
ベース１０は、ステージ２０、撮像装置３０、証明装置４０および供給装置６０等を支持する部材である。本実施形態では、これらの装置はブラケット１２、１４等を介して適宜の位置に配置されている。また、ベース１０は、透明な素材から構成されてこれらの装置全体を覆うカバー１６を備えており、温度や湿度等、測定雰囲気の状態を一定に保つことができるようになっている。また、ベース１０は、ステージ２０上面の水平度を維持するために、高さ調整機構を備えた脚部１８を備えている。
【００２６】
ステージ２０は、固体試料２が測定面２ａを上にした状態で上面に載置される所謂Ｘ−Ｙステージである。なお、固体試料２の形状は、特に限定されるものではなく、測定面２ａを有する形状であればよい。ステージ２０は、固体試料２を水平面内において互いに直交する２方向（ＸおよびＹ方向）に移動させる移動機構２２と、固体試料２を昇降させる（Ｚ方向に移動させる）昇降機構２４と、を備えている。
【００２７】
移動機構２２は、固体試料２をＸまたはＹ方向に移動させることで、固体試料２および対向部材５０を測定面２ａに略沿う方向において相対移動させるものである。移動機構２２は、ステッピングモータおよびボールねじ伝動機構等の既知の構造（図示省略）により、ＸおよびＹ方向における所定の移動範囲にわたって固体試料２を移動可能、且つ移動範囲内の任意の位置で停止可能に構成されている。
【００２８】
これにより、移動機構２２は、固体試料２の測定面２ａにおける所定の測定範囲Ａにわたって対向部材５０を固体試料２に対して相対的に移動させると共に、測定範囲Ａ内における任意の相対的位置に対向部材５０を配置可能となっている。また、移動機構２２は、固体試料２のＸおよびＹ方向における移動速度、すなわち固体試料２と対向部材５０の相対速度を、所定の速度範囲内で変更可能となっている。
【００２９】
昇降機構２４は、固体試料２をＺ方向に移動させることで、固体試料２と対向部材５０の間の距離を調整するものである。昇降機構２４は、ステッピングモータおよびボールねじ伝動機構等の既知の構造（図示省略）により、Ｚ方向における所定の移動範囲にわたって固体試料２を移動可能、且つ移動範囲内の任意の位置で停止可能に構成されている。
【００３０】
ステージ２０は、コンピュータ７０に制御されて動作する。なお、ステージ２０は、垂直方向（Ｚ方向）を軸として固体試料２を回転させる回転機構をさらに備えるものであってもよい。また、ステージ２０は、固体試料２の測定面２ａを水平面に対して傾斜させる傾斜機構をさらに備えるものであってもよい。
【００３１】
撮像装置３０は、固体試料２と対向部材５０の間の液体試料３（すなわち、架橋４）を側方から撮像するものであり、本実施形態では、拡大レンズ系を備えるＣＣＤカメラから構成されている。撮像装置３０は、コンピュータ７０に制御されて架橋４を拡大して撮像し、画像データをコンピュータ７０に送信する。コンピュータ７０は、撮像装置３０から受信した画像データをハードディスクやフラッシュメモリ等の所定の記憶手段（図示省略）に記憶して保存する。なお、本実施形態の撮像装置３０は、Ｘ方向から架橋４を撮像するように配置されている。
【００３２】
照明装置４０は、撮像装置３０によって固体試料２と対向部材５０の間の架橋４を撮像する場合に架橋４を背後から照明するものである。照明装置４０は、例えばハロゲンランプやＬＥＤ等の光源を備え、撮像装置３０の反対側から固体試料２と対向部材５０の間の液体試料３に向けて光を放射するように構成されている。
【００３３】
対向部材５０は、固体試料２の測定面２ａとの間に液体試料３の架橋４を形成すると共に、架橋４を形成した液体試料３を保持することにより、液体試料３を固体試料２に対して相対移動させるものである。本実施形態では、対向部材５０は円筒状（管状）の部材であり、軸方向の一端（先端）が固体試料２の測定面２ａに対向した状態で配置され、他端（基端）が供給装置６０に接続されている。
【００３４】
供給装置６０は、対向部材５０と固体試料２の測定面２ａの間に液体試料３を供給するものである。供給装置６０は、所定量の液体試料３を収容すると共に対向部材５０が固定されるシリンダ（シリンジ）６２と、シリンダ６２内に挿入されるプランジャ（ピストン）６４と、プランジャ６４を移動させる駆動機構６６と、を備えている。
【００３５】
供給装置６０は、コンピュータ７０に制御されてプランジャ６４を移動させることによって液体試料３をシリンダ６２内から押出し、対向部材５０の内部に供給する。そして、対向部材５０の内部から溢れ出た液体試料３が、対向部材５０と測定面２ａの間に供給される。すなわち、供給装置６０および対向部材５０は、注射器のような構造となっており、プランジャ６４の移動距離を調整することによって液体試料３の供給量を調整可能となっている。
【００３６】
また、図示は省略するが、供給装置６０は、コンピュータ７０に制御されて昇降可能（Ｚ方向に移動可能）に構成されている。従って、本実施形態では、供給装置６０を下降させることによって対向部材５０を固体試料２の測定面２ａに先端を近接させた測定位置に配置し、供給装置６０を上昇させることによって対向部材６０を測定位置から退避させるようになっている。
【００３７】
コンピュータ７０は、図示は省略するが、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクおよびフラッシュメモリ等の記憶手段と、液晶ディスプレイ等の表示手段と、キーボードおよびマウス等の入力手段と、を備えて構成されている。また、コンピュータ７０は、記憶手段にインストールされたプログラムを実行することにより実現される機能構成として制御手段７２と、画像処理手段７４と、を備えている。
【００３８】
制御手段７２は、ステージ２０、撮像装置３０、照明装置４０、および供給装置６０等を制御するものである。そして、画像処理手段７４は、撮像装置３０により撮像した画像を処理して動的接触角を導出するものである。なお、本実施形態では、制御手段７２および画像処理手段７４をプログラムの実行によって実現しているが、これらの装置を専用の回路から構成するようにしてもよい。また、制御手段７２および画像処理手段７４を、それぞれ専用のコンピュータから構成するようにしてもよい。
【００３９】
次に、対向部材５０の詳細について説明する。図２（ａ）および（ｂ）は、対向部材５０の先端部およびその周辺を拡大して示した概略図である。なお、同図（ａ）および（ｂ）では、対向部材５０の一部を断面にして示している。
【００４０】
対向部材５０は、上述のように、円環状の先端面５２が固体試料２の測定面２ａに対向するように配置される円筒状の部材であり、対向部材５０の内部は供給装置６０からの液体試料３が通過する供給通路５４となっている。そして、同図（ａ）に示されるように、供給装置６０から供給通路５４を通じて供給された液体試料３は、先端面５２と測定面２ａの間において架橋４を形成するようになっている。
【００４１】
このように、先端面５２と測定面２ａの間において液体試料３の架橋４を形成するようにすることで、液体試料３を対向部材５０の外周面５６に略接触させないようにすることができるため、対向部材５０によって液体試料３を安定的に保持することが可能となる。すなわち、本実施形態では、外周面５６のぬれ性および付着力によって液体試料３が外周面５６上に広がり、液体試料３が対向部材５０側に引き寄せられて測定面２ａから離れてしまうといった事態を防止することが可能となっている。
【００４２】
これにより、本実施形態では、固体試料２および液体試料３の幅広い組み合わせにおいて安定的に動的接触角を測定することが可能となっている。また、固体試料２と対向部材５０を従来以上に高速で相対移動させた場合においても、安定的に動的接触角の測定を行うことができるため、幅広い速度範囲にわたって動的接触角の測定を行うことが可能となっている。すなわち、本実施形態では、従来測定が困難であった動的接触角の速度依存性を測定することが可能となっている。
【００４３】
また、動的接触角を測定するためには液体試料３を変形させる必要があるところ、本実施形態ではこの変形部分を架橋４から構成しているため、先端面５２と測定面２ａの間の距離Ｌおよび液体試料３の供給量を調整することで、液体試料３の変形部分を測定に最適な体積とすることが可能となっている。これにより、本実施形態では、架橋４の体積を調整することで、液滴を使用する従来の手法と比較して、無駄な変形を少なくすると共に外乱の影響を受けにくいようにすることができるため、動的接触角の測定を安定的且つ高精度に行うことが可能となっている。
【００４４】
さらに、本実施形態では、液体試料３は、供給通路５４内に一部が収容されると共に、この供給通路５４内の液体試料３と連続した状態で、先端面５２と測定面２ａの間において架橋４を形成するようになっている。すなわち、供給通路５２は、液体試料３が架橋４を形成する一方の面である先端面５２と連通し、架橋４と連続した（繋がった）状態の液体試料３を収容する収容部５８としても機能している。
【００４５】
このように、対向部材５０に収容部５８を設けることで、外周面５６に触れさせることなく液体試料３と対向部材５０の接触面積を増やすことが可能となるため、液体試料３の性状によらず、十分な保持力（付着力）を確保することができる。これにより、本実施形態では、固体試料２および液体試料３のより幅広い組み合わせにおいて安定的に動的接触角を測定することが可能であると共に、より幅広い速度範囲にわたって安定的に動的接触角の測定を行うことが可能となっている。
【００４６】
なお、測定中における対向部材５０の先端面５２と、固体試料２の測定面２ａとの間の距離Ｌは、液体試料３が架橋４を形成可能な距離であれば特に限定されるものではないが、液体試料３の自重による影響を排除すると共に架橋４を適切な体積とし、測定を安定的に行うためには、測定中の距離Ｌは、対向部材５０の外径Ｄ１の３０〜７０％の範囲内であることが好ましい。
【００４７】
また、対向部材５０の外径Ｄ１は、特に限定されるものではないが、架橋４を適切な体積として測定を安定的に行うためには、外径Ｄ１は、０．５〜４ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、対向部材５０の内径Ｄ２は、特に限定されるものではなく、液体試料３の流動性や、対向部材５０の強度および剛性、必要とされる先端面５２の面積等に応じて、適宜に決定すればよい。
【００４８】
また、対向部材５０の材質は、特に限定されるものではなく、例えば金属や樹脂、ゴム、セラミックス等の適宜の材質から対向部材５０を構成することができる。また、対向部材５０に、各種コーティング等の表面処理を施すようにしてもよい。なお、本実施形態では、対向部材５０をステンレスから構成している。
【００４９】
同図（ｂ）は、ステージ２０により固体試料２を移動させ、固体試料２と対向部材５０および液体試料３を相対移動させた状態、すなわち固体試料２と液体試料３の間の固液界面５を固体試料２に対して相対移動させた状態を示している。同図（ｂ）では、図の左側に向けて固体試料２を移動させているため、対向部材５０、液体試料３および固液界面５は、固体試料２に対し、図の右側に向けて相対移動することとなる。
【００５０】
この相対移動により、架橋４は剪断力を受け、例えば固体試料２に引きずられるような形状に変形し、固液界面５の進行方向側（図の右側）における接触角θ１、および固液界面５の進行方向の反対側（図の左側）における接触角θ２が変化することとなる。すなわち、接触角θ１が前進接触角となり、接触角θ２が後退接触角となるため、この二つの接触角θ１、θ２を測定することにより、動的接触角を測定することができる。
【００５１】
上述のように本実施形態では、架橋４を形成した液体試料３を対向部材５０に確実に保持すると共に、架橋４の体積を適切に設定することができるため、架橋４の変形の応答速度を高めることが可能となっている。従って、本実施形態では、固体試料２と対向部材５０の相対移動の開始から架橋４が動的接触角を測定可能な状態となるまでの助走期間を短くすると共に、相対移動中の測定面２ａの性状の変化に対して敏感に架橋４の変形を追随させることが可能となっている。この結果、本実施形態では、固体試料２の測定面２ａの略全面にわたって動的接触角を測定可能であると共に、測定面２ａにおける動的接触角の分布を緻密に求めることが可能となっている。
【００５２】
図３（ａ）〜（ｆ）は、対向部材５０のその他の形態の例を示した概略図である。なお、同図（ａ）〜（ｆ）では、対向部材５０の一部を断面にして示している。対向部材５０は、同図（ａ）に示されるように、例えば二重管や蓮根状の構造等により、複数の供給通路５４（収容部５８）を備えるものであってもよい。また、対向部材５０は、同図（ｂ）に示されるように、複数の管を束ねて構成されるものであってもよい。また、対向部材５０は、供給通路５４（収容部５８）と先端面５２が供給通路５４よりも小径の孔５４ａによって連通されるものであってもよい。この場合、孔５４ａの数を調整することで、先端面５２の面積を調整することができる。
【００５３】
また、固体試料２および液体試料３の性状によっては、同図（ｄ）〜（ｆ）に示されるように、対向部材５０を中実の部材から構成するようにしてもよい。なお、この場合には、供給装置６０を、固体試料２と対向部材５０の間に側方から液体試料３を供給するように構成すればよい。
【００５４】
このように、対向部材５０を中実の部材から構成する場合、同図（ｅ）に示されるように、先端面５２に適宜の凹凸形状５２ａを設けるようにしてもよいし、同図（ｆ）に示されるように、先端面５２に窪みを形成して収容部５８を設けるようにしてもよい。収容部５８を設ける場合、収容部５８の個数、容積および形状は特に限定されるものではなく、液体試料３の性状等に応じて適宜に設定すればよい。従って、対向部材５０は、例えば同図（ａ）〜（ｃ）に示される例において、供給通路５４（収容部５８）が供給装置６０と連通しないものであってもよい。
【００５５】
また、図示は省略するが、対向部材５０は、例えば樹脂やセラミックス、不織布等の多孔質体から構成されるものであってもよい。この場合、多孔質体の有する空隙を供給通路５４または収容部５８として機能させることができる。また、管状の部材の内部に多孔質体を配置したものや、中実の部材の先端部に多孔質体の板を取り付けたもの等、多孔質体と多孔質体以外の材質の複合体から対向部材５０を構成するようにしてもよい。
【００５６】
なお、対向部材５０の形状は、上述の形状に限定されるものではなく、先端面５２と固体試料２の測定面２ａの間に液体試料３の架橋４を形成可能な形状であれば、どのような形状であってもよい。また、先端面５２の形状も、特に限定されるものではなく、円形状や円管状以外にも例えば多角形状や楕円形状等、任意の形状を採用することができる。
【００５７】
次に、動的接触角計１による動的接触角の測定手順について説明する。図４（ａ）〜（ｅ）ならびに図５（ａ）および（ｂ）は、動的接触角の測定手順を示した概略図である。なお、図４（ａ）〜（ｅ）は、対向部材５０の先端部およびその周辺を拡大して示した図である。また、図５（ａ）は、固体試料２を上方から見た図であり、同図（ｂ）は、固体試料２および対向部材５０を撮像装置３０側から見た図である。
【００５８】
動的接触角の測定においては、まず、供給装置６０に液体試料３を収容し、ステージ２０上に固体試料２を載置した後にステージ２０を移動させて、固体試料２の測定面２ａにおける測定開始点Ｓ（図５（ａ）参照）に対向部材５０を配置する。
【００５９】
次に、図４（ａ）に示されるように、供給装置６０を下降させることにより、対向部材５０を測定位置に配置する。この対向部材５０の測定位置は、対向部材５０の先端面５２と固体試料２の測定面２ａとの間に液体試料３が架橋４を形成可能な位置に設定されている。次に、図４（ｂ）に示されるように、供給装置６０を操作して液体試料３を対向部材５０と固体試料２の間に供給し、対向部材５０の先端面５２と固体試料２の測定面２ａの間に液体試料３の架橋４を形成する。
【００６０】
架橋４を形成した後は、必要に応じて図４（ｃ）に示されるように、供給装置６０のプランジャ６４の位置を変更して、先端面５２と測定面２ａの間の液体試料３の量を調整したり、ステージ２０を昇降させて先端面５２と測定面２ａの間の距離を調整したりすることにより、架橋４が適切な体積となるようにする。このとき、安定的な測定のためには、液体試料３が対向部材５０の外周面５６に接触しないようにすることが好ましい。
【００６１】
図４（ｄ）は、架橋４を適切な体積、すなわち測定中に対向部材５０で適切に保持可能な体積とした場合の一例を示している。なお、架橋４の適切な体積は、図４（ｄ）に示される外周部がやや窪んだ形状となるものに限定されるものではなく、液体試料３および固体試料２の性状等によっては、図２（ａ）に示される外周部がやや膨出した形状となるものや、より液滴に近い形状となるものとなる場合がある。
【００６２】
架橋４が適切な体積であるか否かは、撮像装置３０より撮像した画像により確認することができる。また、架橋４が適切な体積であるか否かの判断は、測定者がコンピュータ７０の表示手段に表示された画像を目視することにより行ってもよいし、画像処理手段７４によるテンプレートとの比較等により自動的に行うようにしてもよい。
【００６３】
架橋４が適切に形成されたならば、図４（ｅ）に示されるように、ステージ２０を所定の測定速度でＹ方向に移動させ、固体試料２と対向部材５０（および架橋４）を所定の測定速度で相対移動させながら、架橋４の変形状態を撮像装置３０によって撮像する。そして、撮像した画像を画像処理手段７４によって画像処理することにより、前進接触角θ１および後退接触角θ２を導出する。この前進接触角θ１および後退接触角θ２の導出は、例えば接線法やカーブフィッティング法等、画像から接触角を導出する既存の手法により行うことができる。
【００６４】
なお、接線法とは、架橋４の固液界面５の近傍の輪郭形状を円の一部と仮定して円の中心を求め、円の接線と直線でなす角度を接触角として求める手法である。また、カーブフィッティング法とは、架橋４の固液界面５の近傍の輪郭形状が真円または楕円の一部をなすと仮定し、指定された区間内（フィッティング区間）の全ての観測座標を使って最小二乗法フィッティングを行うことで真円または楕円のパラメータを決定し、端点における微分係数を求めて接触角を算出する手法である。
【００６５】
ステージ２０のＹ方向の移動は、図５（ａ）および（ｂ）に示されるように、対向部材５０が測定開始点Ｓから測定範囲ＡのＹ方向寸法Ａｙにわたって相対移動し、測定終了点Ｅに到達するまで行われる。ステージ２０をＹ方向に移動させている間、すなわち固体試料２と対向部材５０がＹ方向において相対移動している間、撮像装置３０は撮像を継続し、撮像した画像は必要に応じてコンピュータ７０の表示手段に表示される。
【００６６】
そして、画像処理手段７４は、撮像装置３０が撮像した画像を、所定のサンプリング周期で取得し、取得した画像と測定範囲Ａにおける対向部材５０の位置情報（Ｘ座標およびＹ座標）を対応付けて、コンピュータ７０の記憶手段に記憶する。なお、画像を取得するサンプリング周期は、動的接触角を測定する測定点ＰのＹ方向の間隔Ｐｙの設定と、ステージ２０のＹ方向の移動速度（すなわち、測定速度の設定）によって決定される。また、対向部材５０の位置情報は、例えばステージ２０の制御情報から取得することができる。
【００６７】
これにより、Ｙ方向の間隔Ｐｙごとの測定点Ｐにおける架橋４の画像が、測定範囲ＡのＹ方向寸法Ａｙにわたって得られる。そして、これらの画像を画像処理することにより、各測定点Ｐにおける前進接触角θ１および後退接触角θ２が、測定範囲ＡのＹ方向寸法Ａｙにわたって得られる。
【００６８】
なお、前進接触角θ１および後退接触角θ２の導出は、画像を取得する度に行ってもよいし、後からまとめて行うようにしてもよい。導出した前進接触角θ１および後退接触角θ２は、対向部材５０の位置情報と対応付けられてコンピュータ７０の記憶手段に記憶され、必要に応じて表示手段に表示される。
【００６９】
以後、上記手順を、ステージ２０を測定点ＰのＸ方向の間隔Ｐｘだけ移動させた後に繰り返していくことにより測定は進行し、測定範囲ＡのＸ方向寸法Ａｘにわたって上述の手順を繰り返したときに測定は終了する。なお、測定開始点Ｓと最初の測定点Ｐの間のＹ方向の間隔Ｐｙ、および最後の測定点Ｐと測定終了点Ｅの間のＹ方向の間隔Ｐｙを他のＹ方向の間隔Ｐｙよりも狭くし、Ｙ方向のより広い範囲を測定するようにしてもよい。また、測定点ＰのＸ方向の間隔ＰｘおよびＹ方向の間隔Ｐｙは、同一の間隔であってもよいし、異なる間隔であってもよい。
【００７０】
以上の手順により、測定範囲Ａにおける動的接触角（前進接触角θ１および後退接触角θ２）の二次元分布が測定される。また、測定速度（すなわち、ステージ２０のＹ方向の移動速度）を変更して測定を行うことにより、固液界面の移動速度ごとに動的接触角の二次元分布を得ることができる。
【００７１】
上述のように本実施形態では、架橋４を安定的に保持することが可能であるため、幅広い速度範囲にわたって動的接触角の二次元分布を測定することができる。従って、本実施形態の動的接触角計１によれば、固体試料２に対する液体試料３のぬれ性を、従来以上に詳細、且つ多面的な視点から評価することが可能となっている。
【００７２】
なお、動的接触角の測定方法は、上述の例に限定されるものではない。図６（ａ）〜（ｃ）は、動的接触角のその他の測定方法の例を示した概略図である。動的接触角の測定においては、例えば同図（ａ）に示されるように、ステージ２０のＹ方向の移動方向を交互に変更することにより、ジグザグ状の測定径路に沿って動的接触角を測定していくようにしてもよい。
【００７３】
また、同図（ｂ）に示されるように、ステージ２０のＸ方向の移動とＺ軸廻りの回転を組み合わせることにより、スパイラル状の測定径路に沿って動的接触角を測定していくようにしてもよい。なお、この場合、同図（ｂ）に示されるように、固体試料２の測定面２ａの外側から中心部に向けて動的接触角を測定していくようにしてもよいし、中心部から外側に向けて動的接触角を測定していくようにしてもよい。また、この場合、円盤状の固体試料２を用いるようにしてもよい。
【００７４】
また、動的接触角計１に複数の撮像装置３０を設け、固体試料２と対向部材５０の相対移動中に複数方向から架橋４を撮像するようにしてもよい。この場合、例えば同図（ｃ）に示されるように、固体試料２と対向部材５０の相対移動方向に略直交する方向（すなわち、Ｘ方向）に加えて、相対移動方向と同じ方向（すなわち、Ｙ方向）から撮像することにより、相対移動中の架橋４の変形状態をより詳細に把握することが可能となる。すなわち、固体試料２に対する液体試料３のぬれ性を、より詳細且つ多面的な視点から評価することが可能となる。なお、同図（ｃ）に示す例以外の方向から撮像を行うようにしてもよいことは、言うまでもない。
【００７５】
次に、架橋４の適切な体積を求める手法の一例について説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、架橋４の適切な体積を求める手法の一例を示した概略図であり、対向部材５０の先端部およびその周辺を拡大して示した図である。
【００７６】
この例では、まず同図（ａ）に示されるように、対向部材５０と固体試料２の間に多めの液体試料３を供給し、大きめの架橋４を形成する。次に、同図（ｂ）に示されるように、ステージ２０を操作して固体試料２を所定の測定速度で移動させ、同図（ｃ）に示されるように、余分な液体試料３を液滴６として分離させる。このときに、対向部材５０と固体試料２の間に残存している架橋４は、当該測定速度において対向部材５０が安定的に保持可能な体積となっていると推測することができる。
【００７７】
このようにして、架橋４の適切な体積を求めることができる。なお、固体試料２をより長い距離移動させて、複数の液滴６を分離させるようにしてもよい。また、このようにして求めた体積に、測定状況等に応じて微調整を加えるようにしてもよい。また、架橋４の適切な体積を求める手法は、上述の例に限定されるものではなく、その他の手法であってもよいことは言うまでもない。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態に係る動的接触角計１は、固体試料２の測定面２ａに対向して配置される対向部材５０と、測定面２ａと対向部材５０の間に液体試料３を供給する供給装置６０と、固体試料２および対向部材５０を測定面２ａに略沿う方向において相対移動させる移動機構２２と、測定面２ａと対向部材５０の間の液体試料３を固体試料２および対向部材５０の相対移動方向に略直交する方向から撮像する撮像装置３０と、固体試料２および対向部材３０の相対移動中に撮像装置３０が撮像した画像に基づいて動的接触角（前進接触角θ１および後退接触角θ２）を導出する接触角導出装置（画像処理手段７４）と、を備え、対向部材５０は、固体試料２および対向部材５０を相対移動させて測定面２ａと対向部材５０の間の液体試料３を撮像する場合に、対向部材５０の測定面２ａに対向する面（先端面５２）と測定面２ａの間において液体試料３が架橋４を形成する位置に配置される。
【００７９】
このような構成とすることで、対向部材５０によって液体試料３を従来以上に安定的に保持することが可能となるため、動的接触角の測定を多彩な条件下で安定的に行うことができる。すなわち、固体試料２および液体試料３の幅広い組み合わせにおいて安定的に動的接触角を測定することが可能であると共に、幅広い速度範囲にわたって安定的に動的接触角の測定を行うことが可能となっている。
【００８０】
また、移動機構２２は、測定面２ａにおける所定の測定範囲Ａにわたって対向部材５０が固体試料２に対して相対移動可能に構成されている。このようにすることで、測定面２ａ内のより広い範囲にわたって動的接触角を測定することが可能となるため、固体試料２に対する液体試料３のぬれ性を、従来以上に詳細、且つ多面的な視点から評価することができる。
【００８１】
また、接触角導出装置（画像処理手段７４）は、測定範囲Ａ内に設定された複数の測定点Ｐを対向部材５０が通過中の画像に基づき、複数の測定点Ｐごとに動的接触角を導出する。このようにすることで、測定範囲Ａ内における動的接触角の二次元分布を測定することが可能となるため、固体試料２に対する液体試料３のぬれ性を、より詳細、且つ多面的な視点から評価することができる。
【００８２】
また、対向部材５０は、液体試料３を収容する収容部５８を備え、収容部５８は、測定面２ａに対向する面に連通されている。このようにすることで、液体試料３の保持力を高めることが可能となるため、従来以上に高速な測定速度においても安定的に測定を行うことができる。
【００８３】
また、供給装置６０は、収容部５８（供給通路５４）を通じて測定面２ａと対向部材５０の間に液体試料３を供給するように構成されている。このように、供給通路５４を収容部５８として兼用することで、対向部材５０および供給装置６０を簡素に構成しながらも、液体試料３の保持力を安定して高めることができる。
【００８４】
また、本実施形態に係る動的接触角の測定方法では、固体試料２の測定面２ａに対向部材５０を対向させて配置し、測定面２ａと対向部材５０の間に液体試料３を供給し、対向部材５０の測定面２ａに対向する面（先端面５２）と測定面２ａの間において液体試料３が架橋４を形成した状態で、固体試料２および対向部材５０を測定面２ａに略沿う方向において相対移動させ、固体試料２および対向部材５０の相対移動中に、測定面２ａと対向部材５０の間の液体試料３を固体試料２および対向部材５０の相対移動方向に略直交する方向から撮像して動的接触角を測定する。
【００８５】
このような構成とすることで、対向部材５０によって液体試料３を従来以上に安定的に保持することが可能となるため、動的接触角の測定を多彩な条件下で安定的に行うことができる。
【００８６】
また、本実施形態に係る動的接触角の測定方法では、測定面２ａにおける所定の測定範囲Ａにわたって対向部材５０を固体試料２に対して相対移動させる。このようにすることで、測定面２ａ内のより広い範囲にわたって動的接触角を測定することが可能となるため、固体試料２に対する液体試料３のぬれ性を、従来以上に詳細、且つ多面的な視点から評価することができる。
【００８７】
また、本実施形態に係る動的接触角の測定方法では、測定範囲Ａ内に設定された複数の測定点Ｐごとに動的接触角を測定する。このようにすることで、測定範囲Ａ内における動的接触角の二次元分布を測定することが可能となるため、固体試料２に対する液体試料３のぬれ性を、より詳細、且つ多面的な視点から評価することができる。
【００８８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の動的接触角計および動的接触角測定方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００８９】
例えば、上記実施形態では、静止状態の対向部材５０に対し、固体試料２を移動させることによって、固体試料２と対向部材５０を相対移動させる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、静止状態の固体試料２に対し、対向部材５０を移動させるようにしてもよいし、固体試料２および対向部材５０を共に逆方向に移動させるようにしてもよい。なお、対向部材５０を移動させるようにした場合、撮像装置３０の撮像範囲内において対向部材５０を移動させるようにしてもよいし、対向部材５０と共に撮像装置３０を移動させるようにしてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、固体試料２と対向部材５０を水平面内において相対移動させる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、固体試料２と対向部材５０を垂直平面内において相対移動させるようにしてもよいし、傾斜した平面内において相対移動させるようにしてもよい。また、測定面２ａを下側に向けて固体試料２を配置し、下方から対向部材５０を対向させるようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、固体試料２の測定面２ａが平面から構成される場合の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、測定面２ａは曲面から構成されるものであってもよい。この場合、相対移動中に対向部材５０または固体試料２を曲面に沿って昇降させるようにし、固体試料２と対向部材５０の間隔を略一定に保つようにすればよい。
【００９２】
また、上記した実施の形態における作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の動的接触角計および動的接触角の測定方法は、固体の表面性状の測定および評価の分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  動的接触角計
２  固体試料
２ａ  測定面
３  液体試料
４  架橋
２０  ステージ
２２移動機構
３０  撮像装置
５０  対向部材
５２  先端面
５４  供給通路
５８  収容部
６０  供給装置
７０  コンピュータ
７４  画像処理手段
Ａ  測定範囲
Ｐ  測定点
θ１  前進接触角
θ２  後退接触角
【図１】
0005315429.tif 000002
【図２】
0005315429.tif 000003
【図３】
0005315429.tif 000004
【図４】
0005315429.tif 000005
【図５】
0005315429.tif 000006
【図６】
0005315429.tif 000007
【図７】
0005315429.tif 000008