接触角計　基礎と特長

目次

接触角計 エキシマ　日本製

エキシマインプラント光機能化意匠
横浜市ものづくり助成金SBIRエキシマ

エキシマの 接触角計 は平成２６年度横浜市中小企業新技術・新製品開発促進助成金SBIRにて「世界で初めてタブレット端末を採用した 接触角計 」として独創的な先進性が認められ新技術開発の助成にて開発製品化されました。
PAT 6217941特許取得済。日本製。

製品の特徴は、
1.「JIS規格やISOなどスタンダードに基づく接触角計」
2.「世界最高性能の解析画像解像度」、
3.機能を基本に絞って実現させた「低価格」
の3点です。

一般社団法人首都圏産業活性化協会「（社）TAMA協会」、独立行政法人中小企業基盤整備機構、経済産業省関東経済産業局、四国経済産業局、青森県、山梨県、羽村市、日野市、相模原市、和光市等の支援による中小企業の特徴的な技・業・わざとして中小企業95社による「TAMAワザ自慢100」に弊社の技術「 自動接触角計 SmartContactPRO100」が選定されました。

エキシマの 接触角計 おもな採用実績

エキシマ接触角計採用実績

エキシマの 接触角計 は官公庁、大学、研究所、国内外の民間企業等へ２００７年創業以来、300件を超えるお客様にご利用いただいております。開発、製造、販売、校正、修理まで一貫して自社で国内で行っております。ｶﾀﾛｸﾞ製品以外にも１台からの仕様、予算等に応じたカスタム製作も対応可能です。

接触角計　機種選定ガイド

エキシマの 接触角計、下記選定項目に従い御仕様に応じた最適な 接触角計 機種を選定できます。

1.接触角計 の解析は自動解析か手動解析、どちらの解析が必要か？

自動解析とはサンプル上に滴下した水滴のエッジ検出（輪郭検出）をコンピュータが行うもの。作業者によるばらつきが防げます。

接触角解析公式は「接線法」になります。
接触角 自動解析モデル: SImage AUTO 100/300 , Smart contact PRO 100C , Smart contact mobile A512

手動解析とは上記の検出を作業者が目で見て手動で3点クリックで行うもの。接触角解析公式は「θ/2法」になります。

接触角 手動解析モデル:　SImage Entry 6 , Smart contact mobile Entry M412

2.接触角計 の測定対象サンプルのサイズ？

  • サンプルサイズMax 30ｘ80ｍｍ：SImage Entry 6,
  • サンプルサイズMax 100x100mm：SImage AUTO 100 , Smart contact PRO 100c
  • サンプルサイズMax　φ300ｍｍ： SImage AUTO 300
  • サンプルサイズ無制限※： Smart contact mobile Entry M412、Smart contact mobile A512
    ※但し、接触角計本体の最小面積は必要

3.接触角計 は携帯モバイルタイプか卓上据え置きタイプか？

  • 電源やパソコンを接続しないワイヤレスで計測が必要か？

4.校正対応が必要か

  • 校正対応とは「検査成績書」「校正証明書」「トレーサビリティ体系図」の校正書類対応のモデルです。

5.接触角計の必要機能

  • ex：経時変化、滑落角、前進後退接触角、表面自由エネルギー解析、ハイスピード計測機能など

6.接触角計 の御予算

接触角計　おもな用途

contactangle-applications.jpg
  • 接触角 洗浄評価　：　ガラス基板、電子部品、半導体、液晶ガラスなど
  • 接触角 ぬれ性評価　：　塗料、インク、印刷、塗布工程など​
  • 接触角 疎水性評価　：　撥水剤、防水コーティング、ワックス、衣料など
  • 接触角 接着性評価　：　封し、密着性、シール性、塗布工程など​
  • 接触角 清浄度コンタミネーション評価　：　クリーンルームなどの判定​
  • 接触角 表面改質評価　：　UVO3、プラズマ、コロナ放電などの表面均一性および改質効果の判定

接触角計　製品一覧

携帯 接触角計 M412　入門機 　56万円（税別）
詳細
携帯自動接触角計
携帯 自動 接触角計 A512 86万円（税別）
詳細
ポータブル接触角計
ポータブル簡易接触角計 29.9万円（税別）
詳細
接触角計 SImage Entry 6 入門機　48万円（税別）
詳細
ハイスピード接触角計　コンタクトレンズ
自動接触角計ハイスピード　
詳細
携帯 自動 接触角計 PRO 100C 138万円（税別）現場校正対応
詳細
自動接触角計SimageAUTO300
自動 接触角計 SImage AUTO 300/300wafer 148万円～
詳細
接触角計SImage
自動 接触角計 SImage AUTO 100 ﾍﾞｽﾄｾﾗｰﾓﾃﾞﾙ　58万円~（税別）
詳細

接触角計オプション・消耗品

親水性、疎水性など表面を評価する接触角計の接触角計交換用各種シリンジ及びニードル、接触角計自動ディスペンサー、表面自由エネルギー解析ソフト、接触角計XYステージなどご用意いたしております。

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接触角 とは

From Young equation2

接触角 とは固体、液体、気体の接する点から液体の表面に接線を引いたときに接線と固体表面のなす角度。（日本工業規格）具体的にはサンプル表面に液滴を滴下し水滴の角度を計測するものです。分子レベルの表面清浄度や濡れ性、均一性を定量的に評価します。製造工程における品質管理や表面処理の効果の判定、クリーンルームにおける清浄度管理、塗料塗布評価などの用途に用いられています。

接触角計 とは

接触角計 とは試料表面へ水滴を滴下し、水の 接触角 を測定することにより定量的に表面の状態を評価する計測器です。自動 接触角 計測は、分子レベルの清浄度評価や濡れ性、均一性を定量的に評価します。

接触角 解析公式

「接線法」:  Tangent Method

接触角　接線法

実際の液滴の形状に近い 接触角 解析の測定公式です。滴下した液滴左右端部を含む等間隔３点を球の一部と仮定し液滴左右端部における 接触角（左右および平均）を表すものです。液滴左右端部の 接触角 は独立して計測されるため 傾斜法 による 前進後退 接触角、拡張収縮 接触角 の計測が可能です。株式会社エキシマの 接触角計 は液滴上の輪郭および端点を検出し高度なアルゴリズムで左右の接触角をリアルタイムで解析します。

「θ/2法」： A half-angle Method

接触角　θ/2法

最も基本的な 接触角 の測定公式です。サンプル上に滴下した水滴の形状を真円と仮定し新円の半径と高さからθ=2arctan h/r　の公式で 接触角 が求まります。また液滴の左右端点と頂点を結ぶ直線の、固体表面に対する角度を求め、これを2倍することでも算出できます。簡単に求められるのですが水滴左右の 接触角 が同じになるので 傾斜法 による 前進後退 接触角 などは計ることができません。

「滑落法」－Tilting base method　前進 接触角 と 後進 接触角　Advancing Receding Contact angle

接触角　滑落法

水平なサンプルの表面上に液滴を滴下し、サンプルを徐々に傾けると液滴の形は重量によって変形しある程度の角度で滑り出します。このときの滑り出した時のサンプルの傾斜角度を 滑落角 と言います。傾斜によって変形した液滴の下りの 接触角 を 前進接触角 (Advancing contact angle)、上側の 接触角 を 後進接触角 を(Receding contact angle)といいます。そしてその差を接触角ヒステリシス(contact angle hysteresis）といいます。塗料の塗布性（ぬれやすさ）や撥水性（濡れ性）の評価手法として用いられます。

拡張収縮法　Add and Remove Volume Method

拡張収縮法

表面上に液滴を作成、液滴の吐出量を増やすと液滴の形は変形し容積の増大に伴いある程度の角度で広がります。このときの液滴端部の 接触角 を前 進接触角 (Advancing contact angle)といいます。逆に液滴の量を吸い上げるときの 接触角 を 後進接触角 (Recending contact angle)といいます。そしてその差を接触角ヒステリシス（contact angle hysteresis）といいます。塗料の塗布性（ぬれやすさ）や撥水性（濡れ性）の評価手法として用いられます。

接触角計　レンタルサービス

レンタル接触角計は最新鋭の2機種をご用意いたしました。

詳しくは、「接触角計レンタル・中古機」ページをご確認下さい。

レンタル料金につきましては、お問合せください。

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接触角計　中古機販売サービス

レンタル機や評価用デモ機で使用した機材を定期的に中古販売いたしております。最新の情報は「接触角計レンタル・中古機」よりご確認ください。

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接触角 受託計測サービス

■受託測定項目　接触角　接線法（静的接触角、動的接触角）、前進後退接触角、拡張収縮接触角、滑落角、微小接触角　等の測定

ISO9001に基づいた信頼性の高い自動接触角計を用いて、プロフェッショナルエンジニアが接触角計測サービスを提供します。

詳しくは「接触角　受託計測サービス」をご確認ください。

接触角　受託計測サービス へ

接触角計校正サービス

株式会社エキシマの 接触角計 はトレーサブルなISO書類対応　校正証明書、試験成績書、トレサビリィティ体系図の発行が可能です。有償サービス。（一部Entryモデルを除く）

接触角計　よくある質問　Q&A

エキシマの接触角計はなんで安いんですか？

弊社接触角計の特長はコストパフォーマンスに優れるところです。

低価格の理由

・オペレーショントレーニングが不要な様に最初から誰でも簡単かつ直感的に操作できる設計。

・原理原則に基づくシンプルな仕様。

・ソフト及びハードの開発製造販売保守を国内で自社で一貫して行っている事です。

エキシマの 接触角 は低価格ですがどのくらい精度が悪いのですか？

そもそも、低価格＝精度が悪いという概念の否定から説明しなくてはなりません。測定精度はカメラの性能（解像度）に大きく影響されます。エキシマで最も低価格なEntryモデルのポータブル接触角計でもカメラ性能は1600万画素です。価格の高い接触角計のカメラ性能はどのくらいでしょうか。一般的には数十～数百万画素のカメラが用いられていると思います。USBケーブルが不要なタブレット端末だからこそ実現できる高画質計測を実現いたしております。

接触角 を計測する水滴の水は純水である必要はありますか。

基本的には純水(蒸留水）を推奨します。純水の入手が困難な場合は市販されている精製水を使用いたします。水質のばらつく水道水は計測に不適です。​

接触角 を計測する水滴の量に決まりはありますか。

JIS R 3257では1μl以上4μl以下と規定されていまが実際にはサンプルの表面温度や表面状態により滴下する量が少ないと水滴が蒸発したり多すぎると水滴がディスペンサーの針先から垂れたりする事を考慮して最適な量を決定します。

接触角計 の校正証明書発行は可能ですか。

トレーサブルなISO書類対応　校正証明書、試験成績書、トレサビリィティ体系図の発行が可能です。​(有償）

接触角計 輸出の際に該非判定書の発行が可能ですか。

輸出貿易管理例非該当証明書の発行が可能です。（無償）

接触角計購入の際に必要なオプションはありますか？

特にありません。

接触角計 の計測値が異なる要因

接触角 の測定結果が接触角メーカーによって違ったり同じメーカーでも機種によって違ったりする場合は主に2つの原因があります。ひとつは「 接触角 解析公式の違い」 接触角 解析公式はθ/2法もしくは 接線法 などがあります。公式が異なれば結果も当然異なります。ふたつめは「水平線の設定位置」についてです。 接触角 の計り方にはJIS規格がありますが「水平線の設定位置」についての規格がありません。殆どの計測結果の違いはこの「水平線の設定位置」の違いが原因であることが多いです。 接触角 を測定する際に理想的な測定方法は「カメラ読み取り角0°」となる真横から水滴を測定する方法です。しかし実際には、さまざまな表面条件のサンプル基板（透明、光沢、反射、梨地など）に対して、サンプル上に滴下した水滴の輪郭を真横から自動で検出するのは難しいため水平線の位置は各社独自の基準で測定しているのが主な原因です。
測定結果が異なる場合、実際に測定された水滴画像を比較してみてください。読み取り角度0°の画像は理想的な半円となりますが、ほとんどの接触角計の水滴画像は半円の下半分に反射の画像が映り込む形をしています。中にはラグビーボールのような形の水滴画像で 接触角 を表示しているものもあります。各社 接触角計 メーカーのカタログ上の 接触角 画像を比較しても異なることがわかります。
接触角 データを比較する際に大事な事は「 接触角 解析公式の確認」「読み取り角度」もしくは「水変線の位置」を確認することが重要です。最近ではいろいろなメーカーから独自の測定方法で計測された結果が「 接触 角」という言葉で表記しているので、独自の方法で計測された接触角なのか、世界的な規格に基づく測定方法なのか確認することが重要です。

自動と手動の 接触角計、何が違うんですか？そもそも自動 接触角計 とは何が自動なのですか？自動のメリットとは何ですか？

エキシマの自動 接触角計 の定義はサンプル上に滴下された水滴を 接触角 計測する際に水滴輪郭上のエッジ検出をアルゴリズムによる画像処理でコンピュータに行わせることを自動 接触角 計測と定義します。これに対して手動 接触角 計測とは水滴輪郭上のエッジ検出を作業者が目で見て手動で行っているものを手動 接触角 計測と定義します。目盛りのついたレンズ上で角度を読み取る方式も広い意味で手動 接触角 計測といえると思います。自動 接触角 計測のメリットはアルゴリズムによる画像処理でコンピュータが読み取るので複数の測定作業者による読み取りに比べばらつきの原因となる測定誤差が無くなると言う長所があります。ちなみにエキシマの 接触角計 は自動 接触角計 でも水滴の形成、滴下、サンプルのセット、取出しなどは作業者が行います。これら測定プロセスを自動で行うものを全自動 接触角計 と定義し特注製品としてご提案させていただいております。

接触角計のUSBカメラがPCで認識しない場合

  • 原因可能性①　PC内蔵のWebカメラと競合している可能性：デバイスマネージャーにてPC内蔵Webカメラを右クリックプロパティにて停止、もしくは無効化してください。
  • 原因可能性②　外付けUSBハブを使用している場合、ＵSB電圧降下の可能性があります。外部電源入力付きのUSBハブを使用してください。
  • 原因可能性③　　PCに複数のUSB機器を接続している場合、ＵSB電圧降下の可能性があります。PC内蔵のUSBポートは電源を供給しているUSBポートにカメラのUSBケーブルを接続させてください。
  • 原因可能性④　Windowsの設定の可能性：PCによってはカメラを使うためにアクセス許可をアプリ別で設定する必要がある場合があります。
  • 原因可能性⑤　お客様のご使用環境ネットワークセキュリティと干渉の可能性（権限の問題）接触角計のソフトは管理者として実行するように設定してください。
  • 原因可能性⑥　セキュリティソフトと干渉：カメラの使用許可をセキュリティソフト側で設定してください。
  • 原因可能性⑦　PC端末個体の問題の可能性があるので別のPCにて試したください。

親水性表面の接触角計測例　SImage AUTO 100自動接触角計

1秒間に約15回（1/15fps)の連続自動計測性能で9秒間の抜粋データ 洗浄後無アルカリガラス基板

親水性接触角6.57度0.1秒

接触角6.57°　0.1秒後　1 flame↑

親水性接触角3.92度3秒

接触角3.92°　3秒後　49 flame↑

親水性接触角2.89度6秒

接触角2.89°　6秒後　99 flame↑

親水性接触角2.06度9秒

接触角2.06°　9秒後　148 flame↑

接触角　親水性・疎水性に関連するJIS日本工業規格

規格番号規格名称
JIS C5630-1マイクロマシン及びＭＥＭＳ－第１部：マイクロマシン及びＭＥＭＳに関する用語
JIS C5630-13マイクロマシン及びＭＥＭＳ－第１３部：ＭＥＭＳ構造体のための曲げ及びせん断試験による接合強度試験方法
JIS K0148表面化学分析－全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＸＲＦ）によるシリコンウェーハ表面汚染元素の定量方法
JIS K1150シリカゲル試験方法
JIS K2236自動車用つや出しワックス
JIS K2396自動車用つや出しコーティング剤
JIS K2398自動車用ウインドウォッシャ液
JIS K3211界面活性剤用語
JIS K6800接着剤・接着用語
JIS K6894金属素地上のふっ素樹脂塗膜の試験方法
JIS R1600ファインセラミックス関連用語
JIS R1655ファインセラミックスの水銀圧入法による成形体気孔径分布試験方法
JIS R1703-1ファインセラミックス－光触媒材料のセルフクリーニング性能試験方法－第１部：水接触角の測定
JIS R1703-2ファインセラミックス－光触媒材料のセルフクリーニング性能試験方法－第２部：湿式分解性能
JIS R1753ファインセラミックス－可視光応答形光触媒材料のセルフクリーニング性能試験方法
－水接触角の測定
JIS R3257基板ガラス表面のぬれ性試験方法
JIS T0330-1生体活性バイオセラミックス－第１部：多孔質バイオセラミックスの気孔構造の分析方法
JIS T0701コンタクトレンズの用語及び材料の分類方法
JIS T8106安全靴・作業靴の耐滑試験方法
JIS Z0305鉄鋼の化学的清浄方法
JIS Z8122コンタミネーションコントロール用語
JIS Z8890粉体の粒子特性評価－用語

接触角 ANSI　接触角計測に関する米国の規格

American National Standards Institute米国国家標準協会 (ANSI)

ASTM C813-90(2014)Standard Test Method for Hydrophobic Contamination on Glass by Contact Angle Measurement​
ASTM D5725-1997Standard Test Method for Surface Wettability and Absorbency of Sheeted Materials Using an Automated Contact Angle Tester​
ASTM D5946-2009Standard Test Method for Corona-Treated Polymer Films Using Water Contact Angle Measurements Active Standard (Latest Version)​
ASTM D7334-08(2013)Standard Practice for Surface Wettability of Coatings, Substrates and Pigments by Advancing Contact Angle Measurement​
ASTM D7490-13Standard Test Method for Measurement of the Surface Tension of Solid Coatings, Substrates and Pigments Using Contact Angle Measurements

接触角 DIN　接触角計測に関するドイツの規格

ドイツ標準協会 (DIN)　 Deutsche Industrie Normen

DIN EN 15802:2010-04Conservation of Cultural Property – Test Methods – Determination of Static Contact Angle
DIN 55660-2-2011Paints and varnishes–Wettability – Part 2: Determination of the free surface energy of solid surfaces by measuring the contact angle
DIN 55660-3-2011Paints and varnishes– Wettability – Part 3: Determination of the surface tension of liquids using the pendant drop method
DIN 55660-4-2012Paints and varnishes – Wettability – Part 4: Determination of the polar and dispersive fractions of the surface tension of liquids from an interfacial tension
DIN 55660-5-2012Paints and varnishes – Wettability – Part 5: Determination of the polar and dispersive fractions of the surface tension of liquids from contact angles measurements on a solid with only a disperse contribution to its surface energy
DIN EN 15802Conservation of cultural property – Test methods – Determination of static contact angle; 2010
DIN EN　828Determination by measurement of contact angle and surface free energy of solid surface

接触角 ISO　接触角計測に関するISOの規格

International Organization for Standardization（国際標準化機構）

ISO 15989:2004Plastics — Film and Sheeting — Measurement of Water-Contact Angle of Corona-Treated Films
ISO 27448:2009Test Method for Self-Cleaning Performance of Semiconducting Photocatalytic Materials — Measurement of Water Contact Angle