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企業の技術・ノウハウ

柔さ計測システム~化粧品・材料・食品などのヤング率測定~

資料

柔さ計測システム~化粧品・材料・食品などのヤング率測定~

組織名 株式会社堀内電機製作所
技術分野 その他、ものづくり
概要 一般的に材料の硬さはビッカース硬さ試験機やブリネル硬さ試験法などを用いますが、一定量の力を与えるために、薄いものや柔らかいものでは正しい測定が難しいと言われています。そこで、京都工芸繊維大学・佐久間教授の研究成果である触診メカニクスに基づいた押込理論により、薄くて柔らかい対象でも高精度に「弾性係数(ヤング率)」を計測できる手法を開発しました。化粧品、材料や食品など様々な対象の柔さを計測可能です。本装置の導入に関心がある企業を歓迎いたします。
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【簡略図】

20171012095402.png

【背景】
 一般的に材料の硬さはビッカース硬さ試験機やブリネル硬さ試験法などを用いますが、一定量の力を与えるために、薄いものや柔らかいものでは正しい測定が難しいと言われています。柔さは、対象物の大きさや形、種類、時間、地域によって変わってくるため、客観的データを評価指標として用いて硬さを評価できる技術が必要です。

20171012095543.pngそこで、京都工芸繊維大学・佐久間教授の研究成果である触診メカニクスに基づいた押込理論により、薄くて柔らかい対象でも高精度に「弾性係数(ヤング率)」を計測できる手法を開発しました。化粧品、材料や食品など様々な対象の柔さを計測可能です。
本装置の導入に関心がある企業を歓迎いたします。

【技術内容】

 装置の外観は下記のとおりです。

20171012095518.png商品の標準機器構成は下記のとおりです。

20171012095603.png本手法の原理は、京都工芸繊維大学・佐久間 淳 教授の研究成果である触診メカニクスに基づいた押込理論による弾性係数(Young率)のデータ計測法です。

20171012095620.png本技術では、圧子の押込み力と試料への侵入量との関係から高度を算出するヘルツの弾性接触理論を基礎とし、これに材料の厚みと柔らかさの影響を加味し、そのヤング率を評価しています。

20171012095645.png使用方法は、弾力センサを披対象物に押し当てるのみで測定が可能です。

20171012095707.png【技術・ノウハウの強み(新規性、優位性、有用性)】

硬度計との比較表は下記のとおりです。
「薄いものも高精度に計測可能」「多様な形状の試料計測が可能」「手軽に持ち運び、測定が可能」「引っ張り試験など標準的な試験方法との高い互換性がある」ことが他技術と比較した特徴です。

20171012095725.pngまた、装置の特徴は下記のとおりです。
1)手軽に誰でも持ち運び、測定が可能です。
2)従来より高い感度のセンサーを採用したため、より繊細かつ高い繰り返し性のある計測を実現しています。
3)アームやスタンドを併用することで、計測デバイスを計測対象に押し付けずに計測できるため、測定者の違いによる誤差が理論的に生じません。
4)「物理量」を評価指標として採用しているため、客観性が高いです。
5)プローブの大きさ(球圧子直径)を自由に変えられるため仕様によって、目的による評価の範囲や深さを変更可能です。


【連携企業のイメージ】

本技術の導入を希望する企業を歓迎します。
例えば、以下に該当する企業/自治体等へご提案可能です。
1)化粧品など人体の触感に関わる商品を開発している企業
2)食品の品質管理を行っている企業
3)材料開発・表面処理などものづくり分野の研究開発を行っている企業
4)他、柔らかいものや薄いものの柔さ計測のニーズがある企業



【技術・ノウハウの活用シーン(イメージ)】

本商品のおおよその評価可能範囲は、10^2~10^7Paのヤング率を計測可能です。

20171012095800.png材料分野・食品分野・美容分野・医療分野などへ応用可能です。品質管理や研究・開発用途で活用が期待できます。

20171012095815.png下記は加工食品のヤング率の計測例です。

20171012095834.pngこんにゃくゼリーなど柔らかい対象も測定可能です。

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人の触感を評価する用途では、基材の弾性・粘性と、表面の摩擦が影響しますが、本手法では弾性のみを分離して高精度に測定可能です。

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また、薄膜や表面処理層のみの硬さを評価するには、98mN~9.8Nである従来法の試験力範囲では力が大きすぎて膜や表面層を貫通してしまったり、柔らかい試料ではくぼみの境界が不鮮明となり誤差が増加してしまうことなどから正しい測定が著しく困難になりますが、本手法では測定が可能です。そのため、材料開発や表面コーティング手法の評価などにも適用可能です。
例えば、タイヤ・絨毯・シートなどにも適用可能です。

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【技術・ノウハウの活用の流れ】

 デモ機を用意しております。お問合せ後、デモを交えてご紹介させていただきます。
お気軽にご相談くださいませ。



【専門用語の解説】

(ヤング率)
フックの法則が成立する弾性範囲における、同軸方向のひずみと応力の比例定数です。

(ヘルツの弾性理論)
ヘルツの接触応力は、球面と球面、円柱面と円柱面、任意の曲面と曲面などの弾性接触部分に掛かる応力あるいは圧力のことです。1881年にハインリヒ・ヘルツが、理論的に解析して半無限体に分布荷重を受けるケースの結果を利用して接触応力に関する式を導いたことからこのように呼ばれています。歯車の接触に関する計算などにも使用されています。接触面の摩擦を考慮せず、接触面の圧力分布を仮定している点が特徴です。

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