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ずり測定方法及びその装置 新技術説明会 実績あり

国内特許コード P110004131
整理番号 N051P43
掲載日 2011年7月7日
出願番号 特願2007-537629
登録番号 特許第4615568号
出願日 平成18年9月27日(2006.9.27)
登録日 平成22年10月29日(2010.10.29)
国際出願番号 JP2006319103
国際公開番号 WO2007037241
国際出願日 平成18年9月27日(2006.9.27)
国際公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
優先権データ
  • 特願2005-282769 (2005.9.28) JP
  • 特願2005-282768 (2005.9.28) JP
発明者
  • 栗原 和枝
  • 佐久間 博
  • 水上 雅史
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 ずり測定方法及びその装置 新技術説明会 実績あり
発明の概要 試料のせん断応答の測定において、試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得ることにより、その簡便な短時間測定を行うことができる共振ずり測定方法を提供する。
入力信号Uinを共振ずり測定ユニットの水平駆動部に入力し、該共振ずり測定ユニットにおける固体表面に挟まれた試料の片側表面の振動を変位計で出力信号Uoutとして検出し、前記入力信号Uinとともに、前記出力信号Uoutを共振ずり計測装置に入力し、前記共振ずり測定ユニットの固体表面に挟まれた試料のせん断応答を膜厚の変化と共に計測する共振ずり測定方法であって、前記試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換部(5B)でフーリエ変換し、共振ずり曲線を得る。
また、不透明基板間の距離を測定できるツインパス法を用いて精密なずり応力測定を行うことができるツインパス型ずり応力測定装置を提供する。
従来技術、競合技術の概要


(1)まず第1に、
固体表面に挟まれた試料(液体・液晶など)のせん断応答をナノメートルレベルの膜厚の変化と共に知ることは、固体表面間の摩擦・潤滑および液体・液晶分子の配向・構造化の理解及び制御において重要である。試料のせん断応答を測定する共振ずり測定は、片側表面を水平方向に振動させて試料にせん断を与え、その応答を共振周波数付近でモニターするものである。このせん断応答を周波数の関数としてプロットしたものが共振曲線となる。共振周波数および共振ピークの高さは固体表面間の試料の物性に敏感で、測定装置外部からの振動ノイズにも強い。



従来、固体表面に挟まれた試料のせん断応答を精密に知るために、共振周波数付近で周波数を変えながら試料のせん断応答を測定し、周波数に対してプロットした共振ずり曲線を得ることが行われてきた。このような技術は、例えば、下記非特許文献1に開示されている。



また、本願発明者による提案である精密ずり応力測定装置(下記特許文献1)が提案されている。
【特許文献1】
特許第3032152号公報
【非特許文献1】
液晶 第6巻 第1号 p34-41 2002



(2)第2に、本願発明者は、既にナノメートルスケールの微小空間でのレオロジー挙動を高精度に測定可能な精密ずり応力測定装置を提案している(下記特許文献2参照)。



また、光が透過不能な試料であっても試料間の表面力を高い精度で測定することができる表面力測定装置及びその方法を提案している(下記特許文献3参照)。
【特許文献2】
特許第3032152号公報
【特許文献3】
特開2001-108603号公報

産業上の利用分野


本発明は、透明または不透明のいずれであっても2つの固体表面間あるいはその間の薄膜について所望の測定ができるずり測定方法及びその装置に係り、より具体的には、特に、(1)容易に厚みが変化する膜や揮発性の高い液体膜などの測定を行う迅速、簡便、汎用かつ精密な共振ずり測定方法及びその装置、(2)ツインパス型干渉法による表面間距離計測により、ナノメートルレベルで二つの固体表面の間隔を変え、間に挟んだ液体薄膜・液晶薄膜・高分子吸着層などとの間のずり応力を測定する測定方法及びその装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
入力信号Uinを共振ずり測定ユニットの水平駆動部に入力し、該共振ずり測定ユニットにおける固体表面に挟まれた試料に対してその片側表面の振動を変位計で出力信号Uoutとして検出し、前記入力信号Uinとともに、前記出力信号Uoutを共振ずり計測装置に入力し、前記共振ずり測定ユニットの固体表面に挟まれた試料のせん断応答を膜厚の変化と共に計測する共振ずり測定方法であって、前記試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得ることを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項2】
入力信号Uinを共振ずり測定ユニットの水平駆動部に入力し、固体表面間に試料を挟まず固体表面そのものを試料とし、該共振ずり測定ユニットにおける試料の片側表面の振動を変位計で出力信号Uoutとして検出し、前記入力信号Uinとともに、前記出力信号Uoutを共振ずり計測装置に入力し、前記共振ずり測定ユニットの前記試料のせん断応答を膜厚の変化と共に計測する共振ずり測定方法であって、前記試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得ることを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項3】
請求項1記載の共振ずり測定方法において、前記試料が薄膜であることを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項4】
請求項1記載の共振ずり測定方法において、前記試料が液体であることを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項5】
請求項1記載の共振ずり測定方法において、前記試料が液晶であることを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項6】
請求項1記載の共振ずり測定方法において、前記試料がナノサイズの厚さであることを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項7】
請求項1又は2記載の共振ずり測定方法において、前記試料の表面を吸着や化学修飾法により修飾することを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項8】
請求項1又は2記載の共振ずり測定方法において、前記共振ずり曲線は前記試料のせん断応答の周波数特性であることを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項9】
波形発生器と、該波形発生器に接続される電源と、該電源に接続され、入力信号Uinが入力される共振ずり測定ユニットと、該共振ずり測定ユニットに接続される変位計と、該変位計及び前記電源に接続され、出力信号Uout及び入力信号Uinが入力される共振ずり測定装置であって、
(a)計時部と、
(b)該計時部と前記変位計に接続されるフーリエ変換部と、
(c)該フーリエ変換部に接続される振幅スペクトル生成部と、
(d)振幅(Uout /Uin)の規格部と、
(e)共振ずり曲線作成部とを備え、
(f)更に前記波形発生器と共振ずり測定装置とに接続されるコンピュータとを具備することを特徴とする共振ずり測定装置。

【請求項10】
請求項1記載の共振ずり測定方法において、レーザー光を前記試料の下部表面保持体の底面に取り付けたミラーに照射し、前記ミラーからの反射光の位相変化から前記試料の表面間距離変位を測定するツインパス表面間距離測定法と前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を共振曲線から測定する測定法とを組み合わせ、試料のずり応力を測定することを特徴とする共振ずり測定方法。

【請求項11】
請求項9記載の共振ずり測定装置において、
(a)前記試料の上部表面保持体を水平方向に変位させる精密ずり装置と、
(b)前記試料の上部表面保持体の水平方向への変位を検出する変位計と、
(c)先端に前記試料の下部表面保持体を保持するとともに前記下部表面保持体の底面に配置されるミラーを備えた板バネからなる前記試料の下部表面固定ユニットと、
(d)該下部表面固定ユニットを駆動して前記試料の下部表面保持体を上下に駆動する駆動装置と、
(e)前記ミラーにレーザー光を照射し、前記ミラーからの反射光の位相変化に基づいて前記試料の上部表面と前記試料の下部表面間の距離を測定するツインパス表面間距離測定ユニットを備え、
(f)前記試料の上部表面と前記試料の下部表面間の距離ごとの前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定することを特徴とする共振ずり測定装置。

【請求項12】
請求項11記載の共振ずり測定装置において、前記試料の共振曲線に基づいて前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定することを特徴とする共振ずり測定装置。

【請求項13】
請求項11又は12記載の共振ずり測定装置において、前記試料が透明試料又は不透明試料であることを特徴とする共振ずり測定装置。

【請求項14】
請求項11又は12記載の共振ずり測定装置において、前記試料が液体薄膜であることを特徴とする共振ずり測定装置。

【請求項15】
請求項11又は12記載の共振ずり測定装置において、前記試料が液晶薄膜であることを特徴とする共振ずり測定装置。

【請求項16】
請求項11又は12記載の共振ずり測定装置において、前記試料が高分子・界面活性剤などの吸着層や化学修飾膜であることを特徴とする共振ずり測定装置。

【請求項17】
請求項11又は12記載の共振ずり測定装置において、前記試料の上部表面保持体及び下部表面保持体の一方、あるいは両方が不透明基板であることを特徴とする共振ずり測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007537629thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 医療に向けた自己組織化等の分子配列制御による機能性材料・システムの創製 領域
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