Loading article…
粘着パッドは、物体と表面の間の摩擦を効果的に増加させることにより、物体が表面上で滑るのを防ぐために使用される摩擦装置です。
粘着パッドは、傾いたり動いたりする滑らかな表面に物を固定するために使用され、その表面に置かれた物は、表面が傾いたり動いたりすると摩擦が不十分になり、剥がれてしまうことがあります。 [1] パッドは、ベース表面とその上に置かれた物の両方に対して大きな摩擦係数を持っているため、粘着パッドが表面に対して動くことや、パッドの上に置かれた物がパッドに対して動くことを防ぎます。粘着パッドは、自動車のダッシュボードでよく使用されます。自動車の加速によって生じる力により、ダッシュボードに置かれた物が滑らかな表面から滑り落ちてしまうからです。
ファスナーとは異なり、粘着パッドは物体を表面に固定しません。しきい値の加速度または傾斜角度を超えるまで、物体が表面で滑らないようにするだけです。また、粘着パッドは通常、接着剤を使用しません。このため、表面から簡単に剥がれ、目的を果たすためには重力が必要です。特に、物体に作用する力には、表面に対して垂直で表面に向かう成分が必要です。これは、小さな吸盤として機能する表面上の微細な気泡によって物体が接着されるマイクロ吸引テープとは異なります。粘着パッドはゴムのような材料で作られています。これにより、ベース表面が振動したときに運動エネルギーが消散し、パッド上の物体はパッドとの接触面を十分に大きく維持し、接線摩擦力によって物体がパッドに対して滑るのを防ぎます。
動作原理
粘着パッドの基本原理は単純ですが、実際の使用から生じる多くの特定の、時には矛盾する要件のために、その背後にある物理学は複雑になることがあります。高摩擦材料に関与するメカニズムは、単純なクーロン摩擦を超えています。[2] [3] これらは、粘性材料でのエネルギー散逸や接着などの他のメカニズムと組み合わせることができます。
上記の要件により、設計上の課題が数多く生じます。振動する表面で適切に動作するために、パッドは通常、摩擦係数が非常に高い柔らかいゴムのような材料で作られています。設計では、簡単に取り外しができ、残留物なしで連続使用できるという点を損なうことなく、一定レベルの接着性 (垂直面または非常に急な表面での使用など) を実現しようとします。一部のアプリケーション (スマートフォンやタブレットを垂直面に貼り付けるなど) では、高い信頼性が求められますが、これは表面に強力に接着しなければ実現が困難です。
さまざまな革新的なアプローチと人工材料が、要件を満たすために使用されています。一部のデザインでは、高摩擦と柔らかさに加えて、真空に基づく粘着を適用しています（例：マイクロ吸引テープを参照）。[4] その他の開発には、自然界、特に壁や天井を登ることができるヤモリ [5] [6] [7] [8] [9] 、 さまざまな種類の昆虫 [10] 、アオガエル [11] 、カメレオン[12]などの動物からインスピレーションを得たデザインが含まれます。
壁や天井をよじ登ることができる昆虫のメカニズムは、実用的な用途ではくっつきすぎない非常に高い摩擦を持つ表面を作り出す方法を理解するのに役立ちます。[10]ヤモリの能力は、垂直の壁や天井へのくっつきと、ヤモリの素早い動きを可能にする簡単かつ迅速な取り外しの能力をどのように組み合わせることができるかを明らかにするために集中的に研究されてきました。 [5]ヤモリの能力の背後にある最も重要なメカニズムは、摩擦や接着ではなくファンデルワールス力であることが判明しました。 [6]これは、ヤモリの足を模倣した人工的なデザインは、物体とパッドの間の表面接触を最大化することに頼るべきであることを意味していますが、パッドが平らでない表面で使用される場合や、パッドの上に置かれた物体が平らな表面を持っていない場合など、状況によってはあまり実用的ではありません。一方、ヤモリの足のメカニズムは、確実にくっつき、簡単に取り外せる素材を設計するのに役立ちます。[5]ヤモリ、アマガエル、一部の昆虫に使用されているメカニズムも自己洗浄能力について研究されており、これにより人工材料は汚れた環境で継続的に使用した後でも滑りを防ぐ能力を維持できるようになる。[10] [11]
参照
参考文献
- ^ Carolyn Shearlock (2012年1月). 「Sticky Pads」. The Boat Galley. 2017年9月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年9月2日閲覧。
- ^ Elena Loredana Deladi (2006). ゴムと金属の接触における静的摩擦とゴムパッド成形プロセスへの応用(PDF) (論文). トゥエンテ大学。 2017年9月5日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2017年9月5日閲覧。
- ^ Ulrika Petterson (2005). 高摩擦および低摩擦の表面設計(PDF) (論文). ウプサラ大学. 2017年9月5日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2017年9月5日閲覧。
- ^ Ozcanli, Osman Can (2010年3月16日). 「次のポストイットを探して」. Forbes . 2017年9月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年9月2日閲覧。
- ^ abc Quan Xu、Yiyang Wan、Travis Shihao Hu、Tony X. Liu、Dashuai Tao、Peter H. Niewiarowski、Yu Tian、Yue Liu、Liming Dai、Yanqing Yang、Zhenhai Xia (2015 年 11 月 20 日)。「ヤモリのスパチュラとそのバイオミミックの堅牢なセルフクリーニング機能とマイクロマニピュレーション機能」。Nature Communications。6 : 8949。Bibcode : 2015NatCo ... 6.8949X。doi : 10.1038 /ncomms9949。PMC 4673831。PMID 26584513 。
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ^ ab Mena R. Klittich、Michael C. Wilson、Craig Bernard、Rochelle M. Rodrigo、Austin J. Keith、Peter H. Niewiarowski、Ali Dhinojwala (2017 年 3 月 13 日)。「ヤモリの接着に対する基質弾性率の影響」。Scientific Reports . 7 . Nature: 43647. Bibcode :2017NatSR...743647K. doi :10.1038/srep43647. PMC 5347379. PMID 28287647 .
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ^ 「Gecko Tape」。スタンフォード大学。2017年9月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年9月5日閲覧。
- ^ Richard Black (2003年6月1日). 「Gecko inspires stick tape」. BBC. 2017年9月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年9月5日閲覧。
- ^ AK GEIM、SV DUBONOS1、IV GRIGORIEVA、KS NOVOSELOV、AA ZHUKOV、S. YU. SHAPOVAL (2003年6月1日)。「ヤモリの足の毛を模倣したマイクロファブリケーテッド接着剤」 ( PDF)。Nature Materials。2 (7): 461–463。Bibcode :2003NatMa...2..461G。doi :10.1038/nmat917。PMID 12776092。S2CID 19995111。 2017年9月5日時点の オリジナル(PDF)からアーカイブ。2017年9月5日閲覧。
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link) - ^ abc 「ナナフシはどのようにして摩擦を巧みに利用して、くっつかずにつかむようになったのか」。Phys.org News。Phys.org。2014年2月19日。2017年9月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年9月5日閲覧。
- ^ ab 「カエルの足が厄介な問題を解決できる」Phys.org News . Phys.org. 2011年7月3日. 2017年9月5日閲覧。
- ^ Marlene Spinner、Guido Westhoff、Stanislav N. Gorb (2014)。「カメレオンの足の指下毛: さまざまな基質粗さに対する摩擦を高める微細構造」。Scientific Reports。4。Nature : 5481。Bibcode : 2014NatSR ... 4E5481S。doi : 10.1038 /srep05481。PMC 4073164。PMID 24970387 。