特開 2022-110226 表面張力測定方法、表面張力測定装置およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022110226

(43)【公開日】2022-07-29

(54)【発明の名称】表面張力測定方法、表面張力測定装置およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/40 20060101AFI20220722BHJP

【ＦＩ】

G01N3/40 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021005491

(22)【出願日】2021-01-18

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 発行者名：一般社団法人 日本機械学会 関西支部、刊行物名：日本機械学会関西支部第９５期定時総会講演会 講演論文集ＤＶＤ、発行年月日：令和２（２０２０）年３月１１日

(71)【出願人】

【識別番号】504255685

【氏名又は名称】国立大学法人京都工芸繊維大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100174388

【弁理士】

【氏名又は名称】龍竹 史朗

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 淳

(72)【発明者】

【氏名】グエン ドアンツアン

(57)【要約】

【課題】試料の表面張力を簡易且つ高精度に測定することができる表面張力測定方法、表面張力測定装置およびプログラムを提供する。
【解決手段】表面張力測定方法は、試料ＳＰ１に圧子１５を押し込むことにより試料ＳＰ１の表面張力を測定する方法であって、圧子１５を試料ＳＰ１に押し込んだときの圧子１５の押込量δと、圧子１５に作用する押込荷重Ｆと、から、試料ＳＰ１の表面張力を算出する。また、この表面張力測定方法では、圧子１５を第１押込量だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第１押込荷重と、圧子１５を第１押込量とは異なる第２押込量だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第２押込荷重と、に基づいて、試料ＳＰ１の表面張力を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料に圧子を押し込むことにより前記試料の表面張力を測定する表面張力測定方法であって、
前記圧子を前記試料に押し込んだときの前記圧子の押込量と、前記圧子に作用する押込荷重と、から、前記試料の表面張力を算出する、
表面張力測定方法。

【請求項2】

前記圧子を第１押込量だけ押し込んだときに前記圧子に作用する第１押込荷重と、前記圧子を前記第１押込量とは異なる第２押込量だけ押し込んだときに前記圧子に作用する第２押込荷重と、に基づいて、前記試料の表面張力を算出する、
請求項１に記載の表面張力測定方法。

【請求項3】

下記式（Ａ）の関係式を用いて、前記圧子を第１押込量だけ押し込んだときに前記圧子に作用する第１押込荷重と、前記第２押込量だけ押し込んだときに前記圧子に作用する第２押込荷重と、前記試料と前記圧子とが接触していない状態から前記圧子を前記試料に近づけたときに初めて前記圧子が前記試料に接触するときの押込量を表す基準押込量と、から、前記試料の表面張力を算出する、
請求項２に記載の表面張力測定方法。

【数1】

ここで、Ｆ_１は前記第１押込荷重、Ｆ_２は前記第２押込荷重、δ_１は、前記第１押込量、δ_２は、前記第２押込量、δ_０は、前記基準押込量、Ｇは、予め設定された係数である。

【請求項4】

前記式（Ａ）におけるＧは、０．３１９以上且つ０．４０９以下である、
請求項３に記載の表面張力測定方法。

【請求項5】

前記試料は、シート状であり、厚さが１ｍｍ以下である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の表面張力測定方法。

【請求項6】

試料に圧子を押し込むことにより前記試料の表面張力を測定する表面張力測定装置であって、
前記圧子を前記試料に押し込んだときの前記圧子の押込量と、前記圧子に作用する押込荷重と、から、前記試料の表面張力を算出する表面張力算出部を備える、
表面張力測定装置。

【請求項7】

前記圧子が前記試料に押し込まれたときの前記押込荷重を検出するロードセルと、
前記押込量を検出するポテンショメータと、を更に備える、
請求項６に記載の表面張力測定装置。

【請求項8】

コンピュータを、
圧子を試料に押し込んだときの前記圧子の押込量と、前記圧子に作用する押込荷重と、から、前記試料の表面張力を算出する表面張力算出部、
として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面張力測定方法、表面張力測定装置およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

緊張させた膜体における２点間の距離を、その２点を結ぶ直線上に位置する荷重点に膜体の膜面に対して垂直方向に荷重を負荷して撓ませる前後において測定することにより、膜体の張力を測定する張力測定方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４－８４７２４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、特許文献１に記載された方法では、膜体を少なくとも２点で支持部により支持した状態で支持部分の間に荷重をかける作業が必要となるため測定に手間がかかる虞がある。また、表面張力の測定精度が膜体の２点間の距離の測定精度に依存するため、２点間の距離を精度良く測定する必要があり高い精度で測定するのが難しい。

【0005】

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、試料の表面張力を簡易且つ高精度に測定することができる表面張力測定方法、表面張力測定装置およびプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る表面張力測定方法は、
試料に圧子を押し込むことにより前記試料の表面張力を測定する表面張力測定方法であって、
前記圧子を前記試料に押し込んだときの前記圧子の押込量と、前記圧子に作用する押込荷重と、から、前記試料の表面張力を算出する。

【0007】

他の観点から見た本発明に係る表面張力測定装置は、
試料に圧子を押し込むことにより前記試料の表面張力を測定する表面張力測定装置であって、
前記圧子を前記試料に押し込んだときの前記圧子の押込量と、前記圧子に作用する押込荷重と、から、前記試料の表面張力を算出する表面張力算出部を備える。

【0008】

他の観点から見た本発明に係るプログラムは、
コンピュータを、
圧子を試料に押し込んだときの前記圧子の押込量と、前記圧子に作用する押込荷重と、から、前記試料の表面張力を算出する表面張力算出部、
として機能させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、 圧子を試料に押し込んだときの圧子の押込量と、圧子に作用する押込荷重と、から、試料の表面張力を算出する。これにより、圧子を試料に押し込むという簡単な作業を行うだけで試料の表面張力を測定することができるので、試料の表面張力を簡易且つ高精度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係る圧子と試料との接触状態を示す図である。

【図2】実施の形態に係る圧子と試料との接触状態を示す図である。

【図3】実施の形態に係る押込み荷重と押込量との関係の一例を示す図である。

【図4】実施の形態に係る有限要素モデルを説明するための図である。

【図5】（Ａ）実施の形態に係る解析結果を示す図であり、（Ｂ）は次数の試料の厚さに対する依存性を示す図である。

【図6】（Ａ）実施の形態に係る解析結果を示す図であり、（Ｂ）は次数の圧子の直径に対する依存性を示す図である。

【図7】（Ａ）実施の形態に係る解析結果を示す図であり、（Ｂ）は次数の表面張力に対する依存性を示す図である。

【図8】（Ａ）は実施の形態に係る係数Ｇの表面張力に対する依存性を示す図であり、（Ｂ）は実施の形態に係る係数Ｇの試料の厚さに対する依存性を示す図である。

【図9】実施の形態に係る表面張力測定装置の概略構成図である。

【図10】実施の形態に係る表面張力測定装置のブロック図である。

【図11】実施の形態に係る押込量と押込み荷重との関係の一例を示す図である。

【図12】実施の形態に係る解析処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係る表面張力測定方法では、圧子を試料に押し込んだときの圧子の押込量と、圧子に作用する押し込み荷重と、から、試料の表面張力を算出する。この表面張力測定方法では、例えば図１に示すように、球状の圧子１５をステージＳＴ１上に載置された試料ＳＰ１に押し込む。ここで、試料ＳＰ１としては、表面張力が加わった弾性材料から形成されており、例えば予め設定された大きさの張力が加わった状態でステージＳＴ１上に載置された布、樹脂製シート等が挙げられる。また、ステージＳＴ１は、例えばシリコーンゴムのような弾性材料から形成されている。

【0012】

ここで、本実施の形態に係る表面張力の算出方法について説明する。試料ＳＰ１の表面に圧子１５を押し込んだ場合において、圧子１５に作用する押込荷重をＦ、試料ＳＰ１およびステージＳＴ１の弾性力をＦ_ｅ、試料ＳＰ１の表面張力によって試料ＳＰ１の圧子１５との接触面に生じる押し込み方向に沿った分力（以下、「張力分力」と称する。）をＦ_ｔとすると、下記式（１）に示す関係式が成立するものとする。

【0013】

【数1】

【0014】

また、Ｈｅｒｔｚの弾性接触理論から、試料ＳＰ１およびステージＳＴ１の弾性力Ｆ_ｅについて、下記式（２）に示す関係式が導出される。

【0015】

【数2】

ここで、Ｆ_ｅは、圧子１５に作用する試料ＳＰ１およびステージＳＴ１の弾性力、Ｅは試料ＳＰ１のヤング率、νは試料ＳＰ１のポアソン比、φは圧子１５の直径、δは押込量である。また、試料ＳＰ１は、表面が平坦な半無限体であり、圧子１５は試料ＳＰ１に対して十分に硬いものとする。

【0016】

そして、図２に示すように、圧子１５が試料ＳＰ１に押し込まれた状態における、圧子１５と試料のＳＰ１との接触面の接触半径をａとすると、Ｈｅｒｔｚの弾性接触理論から、下記式（３）の関係式が導出される。

【0017】

【数3】

ここで、Ｆ_ｅは、圧子１５に作用する試料ＳＰ１の弾性力、Ｅは試料ＳＰ１のヤング率、νは試料ＳＰ１のポアソン比、φは圧子１５の直径である。

【0018】

そして、式（３）に式（２）の関係式を代入して整理すると下記式（４）の関係式が導出される。

【0019】

【数4】

【0020】

ここで、張力分力Ｆ_ｔは、圧子１５と試料ＳＰ１とが接触した場合の表面張力をγとすると、圧子１５と試料ＳＰ１との接触部分の周縁全体に表面張力γの押し込み方向に沿った成分γｓｉｎθが加わるとすれば、下記式（５）の関係式で表される。

【0021】

【数5】

ここで、θは、圧子１５と試料ＳＰ１との接触部分の周縁と圧子１５の中心Ｃ１とを結ぶ直線と、圧子１５の中心Ｃ１から試料ＳＰ１の接触面に垂直に伸ばした直線とのなす角度に相当する。

【0022】

また、図２に示すように、ｓｉｎθ＝ａ／（φ／２）の関係が成立するので、張力分力Ｆ_ｔは、下記式（６）の関係式で表される。

【0023】

【数6】

つまり、圧子１５と試料ＳＰ１との接触部分の周縁が、半径ａの円形であり且つ接触部分の周縁全体に表面張力γの押し込み方向に沿った成分γｓｉｎθが均等に加わるとすれば、張力分力Ｆ_ｔは、式（６）に示すような押込量δの一次関数で表される。

【0024】

そして、本実施の形態に係る表面張力測定方法では、図３に示すように、圧子１５を第１押込量δ_１だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第１押込荷重Ｆ_１と、圧子１５を第１押込量δ_１とは異なる第２押込量δ_２だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第２押込荷重Ｆ_２と、基準押込量δ_０と、から試料ＳＰ１の表面張力を算出する。ここで、基準押込量δ_０は、試料ＳＰ１と圧子１５とが接触していない状態から圧子１５を試料ＳＰ１に近づけたときに初めて圧子１５が試料ＳＰ１に接触するときの押込量を表す。第１押込量δ_１と第１押込荷重Ｆ_１との間には、下記式（７）に示す関係式が成立し、第２押込量δ_２と第２押込荷重Ｆ_２との間には、下記式（８）に示す関係式が成立する。

【0025】

【数7】

【0026】

【数8】

ここで、δ_０は、基準押込量を示す。また、Ａ、Ｂは、それぞれ、下記式（９）、式（１０）の関係式で表される。

【0027】

【数9】

【0028】

【数10】

ここで、式（７）および式（８）を用いてＢを消去すると、下記式（１１）の関係式が導出される。

【0029】

【数11】

式（１１）の右辺の第２項を左辺へ移項した後、両辺にδ_２を乗ずることにより下記式（１２）の関係式が導出される。

【0030】

【数12】

そして、式（１２）の関係式を変形すると、下記式（１３）の関係式が導出される。

【0031】

【数13】

ここで、式（１３）の左辺に、式（９）を代入して整理すると、下記式（１４）に示すヤングＥを算出する関係式が導出される。

【0032】

【数14】

また、式（７）および式（８）を用いてＡを消去すると、下記式（１５）の関係式が導出される。

【0033】

【数15】

式（１５）の右辺の第２項を左辺へ移項した後、両辺にδ_２を乗ずることにより下記式（１６）の関係式が導出される。

【0034】

【数16】

ここで、前述のように、圧子１５と試料ＳＰ１との接触部分の周縁が半径ａの円形であり且つ接触部分の周縁全体に表面張力γの圧子１５の押し込み方向に沿った成分γｓｉｎθが均等に加わるとする。この場合、式（１６）の左辺に、式（１０）を代入して整理して、下記式（１７）に示す表面張力γを算出する関係式が導出される。

【0035】

【数17】

【0036】

ところで、実際の表面張力γの測定では、前述のように、圧子１５と試料ＳＰ１との接触部分の周縁が半径ａの円形であり且つ接触部分の周縁全体に表面張力γの圧子１５の押し込み方向に沿った成分γｓｉｎθが均等に加わるという前提が成立していない可能性がある。この場合、張力分力Ｆ_ｔは、押込量δに対して非線形な依存性を示す可能性がある。そこで、発明者らは、表面張力γが存在する試料ＳＰ１に圧子１５を押し込んだ場合に発生する張力分力Ｆ_ｔの挙動について、有限要素法による数値解析を行い張力分力Ｆ_ｔの振る舞いを確認した。

【0037】

有限要素法による数値解析では、図４に示すような、高さｈ、幅ｌのステージＳＴ１上に試料ＳＰ１が載置された有限要素モデルを採用した。ここで、試料ＳＰ１には、熱歪みによる張力が発生するものとし、熱歪みは、試料ＳＰ１の温度と熱歪み係数との積で表されるものとした。また、ステージＳＴ１の高さｈを３３ｍｍ、ステージＳＴ１の幅ｌを１００ｍｍとし、ステージＳＴ１試料ＳＰ１およびステージＳＴ１のヤング率を０．１Ｍｐａ、ポアソン比を０．４５とし、有限要素モデルを構成するメッシュのノード数を８５１個、要素数を８５０個とし、熱歪み係数を－５．０×１０^－５［１／Ｋ］とした。そして、押込量δを変化させたときの圧子１５に作用する押込荷重Ｆ［ｉ］（ｉ＝０，１，２・・・）と、試料ＳＰ１およびステージＳＴ１の弾性力Ｆ_ｅ［ｉ］と、を解析的に算出した。

【0038】

また、張力分力Ｆ_ｔは、押込量δのｎ乗に比例するとして、下記式（１８）で表されるとした。

【0039】

【数18】

そして、解析により求めた押込荷重Ｆ［ｉ］（ｉ＝０，１，２・・・）と、試料ＳＰ１およびステージＳＴ１の弾性力Ｆ_ｅ［ｉ］とから、式（１）の関係式に基づいて、張力分力Ｆ_ｔ［ｉ］を算出した。そして、下記式（１９）に示す目的関数ｆを用いた最小二乗法により、式（１８）の係数Ｇと次数ｎを算出した。

【0040】

【数19】

【0041】

試料ＳＰ１の厚さｔを０．００１ｍｍ、０．０１ｍｍ、０．１ｍｍ、１ｍｍ、１０ｍｍに設定した場合の解析結果は、図５（Ａ）に示すようになった。ここで、試料ＳＰ１に発生する表面張力γを６５．３［Ｎ／ｍ］とし、圧子１５の直径を１０ｍｍとした。なお、図５（Ａ）中の「ｔ」は、試料ＳＰ１の厚さを示し、「Ｎｕｍ．」は、有限要素解析により得られる曲線を示し、「Ａｐｒｏｘ．」は、式（１８）に示す関数で表される近似曲線を示す。そして、式（１９）に示す関係式を用いた最小二乗法により得られる次数ｎの試料ＳＰ１の厚さ依存性は図５（Ｂ）に示すようになった。図５（Ｂ）に示すように、厚さが１ｍｍ以下では、次数が０．９９乃至１．２２の間の値となることから、張力分力Ｆ_ｔが押込量δの一次関数で近似できることが判る。一方、厚さが１０ｍｍとなると、次数が２．６２に増加し、張力分力Ｆ_ｔが押込量δの一次関数で近似できなくなることが判る。

【0042】

また、圧子１５の直径を５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍに設定した場合の解析結果は、図６（Ａ）に示すようになった。ここで、試料ＳＰ１の厚さｔを０．００１ｍｍとし、表面張力γを６５．３［Ｎ／ｍ］とした。なお、図６（Ａ）中の「γ」は、試料ＳＰ１に発生する表面張力を示し、「Ｎｕｍ．」は、有限要素解析により得られる曲線を示し、「Ａｐｒｏｘ．」は、式（１８）に示す関数で表される近似曲線を示す。そして、式（１９）に示す関係式を用いた最小二乗法により得られる次数ｎの試料ＳＰ１の厚さ依存性は図６（Ｂ）に示すようになった。図６（Ｂ）に示すように、表面張力γの大きさに関わらず、次数ｎが０．９７乃至１．０２の間の値となった。このことから、張力分力Ｆ_ｔが圧子１５の大きさに関わらず押込量δの一次関数で近似できることが判る。

【0043】

更に、試料ＳＰ１に発生する表面張力γを２０［Ｎ／ｍ］、４０［Ｎ／ｍ］、６５．３［Ｎ／ｍ］、１００［Ｎ／ｍ］、１４０［Ｎ／ｍ］に設定した場合の解析結果は、図６（Ａ）に示すようになった。ここで、試料ＳＰ１の厚さｔを０．００１ｍｍとし、圧子１５の直径を１０ｍｍとした。なお、図７（Ａ）中の「γ」は、試料ＳＰ１に発生する表面張力を示し、「Ｎｕｍ．」は、有限要素解析により得られる曲線を示し、「Ａｐｒｏｘ．」は、式（１８）に示す関数で表される近似曲線を示す。そして、式（１９）に示す関係式を用いた最小二乗法により得られる次数ｎの試料ＳＰ１の厚さ依存性は図７（Ｂ）に示すようになった。図７（Ｂ）に示すように、表面張力γの大きさに関わらず、次数ｎが０．９９乃至１．０９の間の値となった。このことから、張力分力Ｆ_ｔが表面張力γの大きさに関わらず押込量δの一次関数で近似できることが判る。

【0044】

また、各表面張力γにおける係数２πＧは、図８（Ａ）に示すように、２．６２乃至２．４０の間の値となった。このことから、係数２πＧは、２．４以上且つ２．６２以下の値に設定すればよいことが判る。そして、試料ＳＰ１の厚さｔを０．００１ｍｍ、０．０１ｍｍ、０．１ｍｍ、１ｍｍ、１０ｍｍに設定した場合の係数Ｇは、図８（Ｂ）に示すようになった。ここで、試料ＳＰ１に発生する表面張力γを６５．３［Ｎ／ｍ］とし、圧子１５の直径を１０ｍｍとした。図８（Ｂ）に示すように、試料ＳＰ１の厚さｔが１ｍｍ以下では、係数Ｇが０．３１９乃至０．４０９の間の値となることが判った。一方、厚さｔが１０ｍｍの場合、係数Ｇが０．００４まで減少した。

【0045】

このように、有限要素法による解析結果から、張力分力Ｆ_ｔが試料ＳＰ１の厚さが１ｍｍ以下の場合、押込量δの一次関数で表されることが判る。このことから、前述の式（１７）の関係式は、前述の係数Ｇを用いて下記式（２０）に示す関係式に修正することができる。

【0046】

【数20】

そして、係数Ｇについては、試料ＳＰ１の厚さが１ｍｍ以下の場合、前述の解析結果から０．３１９以上且つ０．４０９以下の範囲内の値に設定されるのが好ましいことが判った。

【0047】

本実施の形態に係る表面張力測定方法では、前述の式（２０）および式（２１）の関係式を用いて、圧子１５を第１押込量δ_１だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第１押込荷重Ｆ_１と、圧子１５を第２押込量δ_２だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第２押込荷重Ｆ_２と、基準押込量δ_０と、から、試料ＳＰ１の表面張力を算出する。

【0048】

次に、本実施の形態に係る表面張力測定装置について説明する。図９に示すように、本実施の形態に係る表面張力測定装置１００は、計測ユニット１０と、制御ユニット２０と、解析ユニット３０と、を備える。計測ユニット１０は、圧子１５と、荷重軸１４と、ヘッド１２と、ロードセル１３と、アクチュエータ１１と、ポテンショメータ１７と、を有する。アクチュエータ１１は、ヘッド１２を予め設定された方向へ駆動する（図９の矢印ＡＲ１の下方向）。荷重軸１４は、ヘッド１２に取り付けられており、アクチュエータ１１がヘッド１２を駆動すると、それに伴い、荷重軸１４の位置も変更される。圧子１５は、球状であり、荷重軸１４の先端部に取り付けられている。アクチュエータ１１がヘッド１２をステージＳＴ１上に載置された試料ＳＰ１に近づく方向（矢印ＡＲ１の下方向）へ移動させると、圧子１５が試料ＳＰ１に接触し押し込まれる。

【0049】

ロードセル１３は、荷重軸１４に取り付けられ、荷重軸１４から圧子１５に作用する荷重を計測する。ロードセル１３は、試料ＳＰ１より圧子１５に作用する荷重を計測し、この荷重情報を解析ユニット３０へ出力する。ポテンショメータ１７は、ヘッド１２の移動量を計測する。このヘッド１２の移動量は、圧子１５の試料ＳＰ１への押込量に相当する。ポテンショメータ１７は、計測した圧子１５の押込量を示す押込量情報を、制御ユニット２０へ出力する。

【0050】

制御ユニット２０は、アクチュエータ１１へ制御信号を出力することによりアクチュエータ１１を制御する。制御ユニット２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶部とを有する。また、制御ユニット２０は、アクチュエータ１１へ制御信号を出力する際、圧子１５の試料ＳＰ１への押込み動作の開始を通知する試験開始信号を解析ユニット３０へ出力する。そして、制御ユニット２０は、圧子１５を予め設定された押込量まで押込むと、圧子１５の押込み動作を終了する旨を通知する試験終了信号を解析ユニット３０へ出力する。更に、制御ユニット２０は、ポテンショメータ１７から入力される押込量情報を解析ユニット３０へ出力する。制御ユニット２０は、ＣＰＵが記憶部に記憶されたアクチュエータ１１の制御用のプログラムを実行することにより実現されている。

【0051】

解析ユニット３０は、図１０に示すように、ＣＰＵ３１と記憶部３２と表示部３３とを有する。表示部３３は、例えば液晶表示装置である。ＣＰＵ３１は、記憶部３２が記憶する解析用のプログラムを実行することにより、データ取得部３１１、基準押込量特定部３１２、表面張力算出部３１４および出力部３１５として機能する。また、記憶部３２は、計測ユニット１０から取得された押込み荷重を示す荷重情報と、押込量を示す押込量情報とを時系列で記憶する計測情報記憶部３２１を有する。更に、記憶部３２は、前述の式（２０）に示す関係式の情報を記憶する関係式記憶部３２２と、算出された表面張力を示す情報を記憶する表面張力記憶部３２３と、を有する。ここで、関係式記憶部３２２は、前述の式（２０）における係数Ｇを示す情報も記憶する。係数Ｇは、前述の式（２１）の条件を満足する値に予め設定されている。

【0052】

データ取得部３１１は、制御ユニット２０から試験開始信号が入力されたことを契機として、計測ユニット１０から荷重情報と押込量情報とを順次取得する物理量履歴取得部である。ここで、押込量情報は圧子１５の押込量を示す情報であり、荷重情報は圧子１５に作用する押込み荷重を示す情報である。そして、データ取得部３１１は、押込量情報と荷重情報とを取得した順に計測情報記憶部３２１に記憶させていく。また、データ取得部３１１は、制御ユニット２０から試験終了信号が入力されると、データの取得を停止する。

【0053】

基準押込量特定部３１２は、押込量の初期値である基準押込量を特定する。ここで、基準押込量は、図１１に示すように、圧子１５が試料ＳＰ１に接触していない状態から押込量を増加させていったときに、押込み荷重が初めて０レベルよりも大きくなった時点における押込量δ_０に相当する。そして、基準押込量特定部３１２は、特定した基準押込量δ_０を示す基準押込量情報を、計測情報記憶部３２１に記憶させる。

【0054】

表面張力算出部３１４は、前述の式（２０）の関係式を用いて、圧子１５を第１押込量δ_１だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第１押込荷重Ｆ_１と、圧子１５を第２押込量δ_２だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第２押込荷重Ｆ_２と、基準押込量δ_０と、から、試料ＳＰ１の表面張力を算出する。表面張力算出部３１４は、算出した表面張力を表面張力記憶部３２３に記憶させる。

【0055】

出力部３１５は、表面張力記憶部３２３が記憶する表面張力を示す情報を表示部３３へ出力する。このとき、表示部３３は、出力部３１５から入力される表面張力を示す情報を表示する。

【0056】

次に、本実施の形態に係る表面張力測定装置１００の解析ユニット３０が実行する解析処理について図１２を参照しながら説明する。この解析処理は、例えば制御ユニット２０から試験開始信号が入力されたことを契機として実行される。

【0057】

まず、データ取得部３１１は、計測ユニット１０から荷重情報と押込量情報とを順次取得して、計測情報記憶部３２１に記憶させていく（ステップＳ１）。そして、データ取得部３１１は、制御ユニット２０から試験終了信号が入力されると、データの取得を停止する。

【0058】

次に、基準押込量特定部３１２は、計測情報記憶部３２１から試料ＳＰ１について取得された一連の荷重情報および押込量情報を読み込む（ステップＳ２）。続いて、基準押込量特定部３１２は、読み込んだ一連の荷重情報および押込量情報を用いて基準押込量を特定する（ステップＳ３）。ここで、基準押込量特定部３１２は、圧子１５が試料ＳＰ１に接触していない状態から押込量を増加させていったときに、押込み荷重が初めて０レベルよりも大きくなった時点における押込量δ_０を基準押込量として特定する。また、基準押込量特定部３１２は、特定した基準押込量を示す情報を計測情報記憶部３２１に記憶させる。

【0059】

その後、表面張力算出部３１４は、前述の式（２０）の関係式を用いて、圧子１５を第１押込量δ_１だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第１押込荷重Ｆ_１と、圧子１５を第２押込量δ_２だけ押し込んだときに圧子１５に作用する第２押込荷重Ｆ_２と、基準押込量δ_０と、から、試料ＳＰ１の表面張力を算出する。そして、表面張力算出部３１４は、算出した表面張力を示す情報を表面張力記憶部３２３に記憶させる（ステップＳ４）。

【0060】

続いて、出力部３１５は、表面張力記憶部３２３が記憶する表面張力を示す情報を、表示部３３へ出力する（ステップＳ５）。

【0061】

以上説明したように、本実施の形態に係る表面張力方法によれば、圧子１５を試料ＳＰ１に押し込んだときの圧子１５の押込量δ_１、δ_２と、圧子に作用する押込荷重Ｆ_１、Ｆ_２と、から、試料ＳＰ１の表面張力を算出する。これにより、圧子１５を試料ＳＰ１に押し込むという簡単な作業を行うだけで試料ＳＰ１の表面張力を測定することができるので、試料ＳＰ１の表面張力を簡易且つ高精度に測定することができる。

【0062】

また、本実施の形態に係る表面張力測定方法によれば、シート状の試料ＳＰ１を弾性材料から形成されたステージＳＴ１上に載置した状態で試料ＳＰ１の表面張力を測定することができる。これにより、例えば人が被服を着ている状態で、被服の上から圧子１５を押し込むだけで、人が被服を着た状態での被服に発生している表面張力を測定することができるので、被服の着圧を容易に見積もることができる。

【0063】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の各実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、計測ユニット１０および制御ユニット２０を備える計測装置と、計測装置とは別体の解析ユニット３０を備える解析装置とから、表面張力測定システムが構成されてもよい。

【0064】

また、本発明に係る制御ユニット２０および解析ユニット３０の各種機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。この場合、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、記憶部３２に記憶される。また、本発明に係る制御ユニット２０および解析ユニット３０の各種機能は、専用のシステムによらず、コンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、ネットワークに接続されているコンピュータに、上記動作を実行するためのプログラムを、コンピュータシステムが読み取り可能な非一時的な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read－Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto－Optical Disc）等）に格納して配布し、当該プログラムをコンピュータシステムにインストールすることにより、上述の処理を実行する制御ユニット２０および解析ユニット３０を構成してもよい。

【0065】

また、コンピュータにプログラムを提供する方法は任意である。例えば、プログラムは、通信回線のサーバにアップロードされ、通信回線を介してコンピュータに配信されてもよい。そして、コンピュータは、このプログラムを起動して、ＯＳ（Operating System）の制御の下、他のアプリケーションと同様に実行する。これにより、コンピュータは、上述の処理を実行する制御ユニット２０および解析ユニット３０として機能する。

【0066】

以上、本発明の実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明は、人が被服を着た状態での被服の着圧の評価並びに人の肌のハリの評価に好適である。

【符号の説明】

【0068】

１０：計測ユニット、１１：アクチュエータ、１２：ヘッド、１３:ロードセル、１４：荷重軸、１５：圧子、１７：ポテンショメータ、２０：制御ユニット、３０：解析ユニット、３１：ＣＰＵ、３２：記憶部、３３：表示部、１００：表面張力測定装置、３１１：データ取得部、３１２：基準押込量特定部、３１４：表面張力算出部、３１５：出力部、３２１：計測情報記憶部、３２２：関係式記憶部、３２３：表面張力記憶部、ＳＰ１：試料、ＳＴ１：ステージ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】