Continuous adhesion and detachment using liquid

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K13654
• Research Institution: Tokyo University of Technology
• Principal Investigator: 西尾 和之 東京工科大学, 工学部, 教授 (00315756)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 接着力 / 濡れ / 垂直剥離

Outline of Annual Research Achievements

デジタルフォースゲージを用いて，簡易的な接着力測定装置を組み上げた．ラボスタンドに金属板を垂直に固定し，デジタルフォースゲージをネジ留めした．フォースゲージの先端の雄ねじに金属のディスクを固定し，これを下側の試料固定台とした．ラボスタンドの上端に滑車を固定し，釣り糸を用いてアクリル製のディスクをつり下げ，これを上側の試料固定台とした．両面テープを用いて，スライドガラスを上下の試料台に固定し，マイクロシリンジを用いて純水をスライドガラスの表面に展開し，互いに接合した後に釣り糸を引っ張り，ガラスの剥離に要する力を測定した．
測定前のフォースゲージには上下両側の試料台の荷重がかかっているが，測定後(ガラスの剥離後)は，下側試料台の荷重のみがかかっており，測定前後でフォースゲージへの荷重が異なる．そのため，接着力の評価は，得られたフォースカーブの引張り方向(上向き)の最大荷重と，剥離後の同方向の荷重との差で算出した．
この方法で評価を行ったところ，剥離力の測定の再現性が極めて低い事がわかった．この最大の原因は，引っ張る方向に対してガラス面の向きが不安定であることが推測された．剥離実験に用いるガラス面が，引張り方向に対して垂直の時に最大の接着力が得られることから，引張り方向に対する接着面の垂直性を確保することが本実験の重要なポイントとなる．上側の試料固定台と釣り糸の間に軽量なボールジョイントを設置し，試料を引っ張る際に接合面が自動的に垂直に調整される方法を試行したところ，更に再現性が低下する結果となった．これは，引っ張る際の力が，ボールジョイントの可動に要する力に対して低く，接着面が調整されないまま剥離するためと考えられた．以上の様に，ガラス間の微小な接着力を測定するためには，引張り方向に対するガラス面の向きの調整が非常に重要であることがわかった．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初は，スライドガラスを用いて純水の接着力を正確に測定し，続いてスライドガラスの表面処理や純水の展開量と接着力の関係を明らかにする予定であった．
研究を遂行する中で，微弱な接着力を正確に再現性良く測定する手法の確立が困難であることがわかり，当初計画していた純水の接着特性を把握することができなかった．現在，固体間の濡れに基づく接着力を正確かつ再現性良く測定できる装置の作製について検討を進めている．

Strategy for Future Research Activity

本研究課題で非常に重要な作業である，固体平面間の微弱な接着力を測定できる装置について，これまでに得られた知見をもとに仕様を決定し，製作にとりかかる．平成29年6月中には仕様を決定して製作の打合せを開始し，平成29年9月中に完成させる．得られた装置を用いて接着力の精度や再現性を確認した後，ガラス板への純水の展開量(水の膜厚)と接着力の測定を開始する．これまでの知見でガラス表面の親水化処理が接着力の向上に大きく寄与することから，化学的親水化処理，物理的親水化処理と接着力の関係を実測により評価する．化学的親水化処理については，親水ゲル層の形成も検討する．

Causes of Carryover

微小な力で接着力を測定する小型引張り試験装置の製作と既存の引張り試験機の性能確認を慎重に検討した結果，今年度に製作及び購入を行うことができなかったため．

Expenditure Plan for Carryover Budget

高精度で再現性の高い小型引張り試験装置の仕様を詳細に検討しており，2017年度中に製作を実施するための製作費用に充てる．