(57)【要約】【課題】シリンダユニットを使用する高温試験を連続して行う場合における待機時間を短縮すること。【解決手段】シリンダ２１ａを加熱する加熱手段を有するシリンダユニット２１内に流動状態の試験材料Ｍを充填した状態においてピストン３１に加える荷重および前記ピストン３１の変位速度を測定する材料試験機１であって、前記シリンダユニット２１を複数個有する切り替えユニット２を備え、前記切り替えユニットには、各前記シリンダユニット２１が前記ピストン３１の摺動可能位置に移動自在となっている構成とした。【選択図】図２
2020085685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを加熱する加熱手段を有するシリンダユニット内に流動状態の試験材料を充填した状態においてピストンに加える荷重および前記ピストンの変位速度を測定する材料試験機であって、
前記シリンダユニットを複数個有する切り替えユニットを備え、前記切り替えユニットは、各前記シリンダユニットが前記ピストンの摺動可能位置に移動自在となっている
ことを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
前記複数個のシリンダユニットは、レボルバ状に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。
【請求項３】
前記複数個のシリンダユニットは、列状に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。
【請求項４】
前記ピストンの摺動可能位置以外にある前記シリンダユニットを冷却する冷却手段を備える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の材料試験機。
【請求項５】
前記加熱手段の稼動および前記冷却手段の稼動を制御する制御装置を備え、その制御により、少なくとも次に前記ピストンの摺動可能位置に移動される前記シリンダユニットを所定の予熱温度に保つようになっている
ことを特徴とする請求項４に記載の材料試験機。
【請求項６】
前記複数個のシリンダユニットは、容器内に位置決めされて収容され、隣り合う前記シリンダユニットの間に断熱材が設けられている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の流動性を測定する試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラスチックやゴムのような材料の流動性を測定する試験機として、キャピラリレオメータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
キャピラリレオメータは、一般に、１個の筒状のシリンダユニットと、シリンダユニット内で摺動するピストンを有する負荷機構と、ピストンに加える荷重およびピストンの変位速度を測定する測定装置と、を備える。シリンダユニットは、筒状のシリンダと、シリンダの底部に設けられ貫通孔（キャピラリ）が形成された台座と、を備える。
キャピラリレオメータによる、材料の流動性の測定は、シリンダ内に流動状態の試験材料を充填し、ピストンにより試験材料に荷重を加えて、シリンダ底部の台座の貫通孔から試験材料を押し出すことにより行われる。そして、測定した、ピストンに加える荷重とピストンの変位速度との関係から、試験材料の流動性が算出される。
また、シリンダの側壁にはヒータが設けられており、ヒータによりシリンダユニットおよび試験材料を昇温させながら試験材料の流動性を算出する昇温法試験ができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−６３６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のキャピラリレオメータは、シリンダユニットと負荷機構とが一体になっており、シリンダユニットを負荷機構から外すことができないものとなっている。そのため、試験材料の種類や成分を変えるなどして昇温法試験を連続して行う場合、２回目以降は、シリンダユニットを試験開始温度以下まで冷却する時間が必要である。例えば４０℃から４００℃までの昇温法試験を連続して行う場合、冷却ファンを使用して冷却したとしても、試験開始温度である４０℃まで冷却するのに約４５分間の時間を要する。そして、昇温法試験の連続回数が増えるほど、冷却時間が累積する。
さらに、冷却後、試験材料の種類や成分を変えることから、シリンダユニット内の洗浄が必要となる。
【０００５】
また、昇温法試験では、まず、シリンダユニットおよび試験材料の温度を室温（例えば２５℃）から試験開始温度（例えば４０℃）まで昇温させる予熱が必要であり、その予熱に時間を要する。昇温法試験を連続して行う場合であって、２回目以降にシリンダユニットを試験開始温度よりも低く冷却する場合、連続回数が増えるほど、予熱時間が累積する。
【０００６】
これらのことから、従来の構成のキャピラリレオメータを使用して昇温法試験を連続して行う場合、連続回数が増えるほど、待機時間が長くなり、試験全体が冗長になる、という問題がある。
昇温法試験に限らず、一般に、シリンダユニットの温度を室温よりも高い状態にして行う高温試験では、同様の問題がある。
【０００７】
本発明は、シリンダユニットを使用する高温試験を連続して行う場合における待機時間を短縮することができる材料試験機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、シリンダを加熱する加熱手段を有するシリンダユニット内に流動状態の試験材料を充填した状態においてピストンに加える荷重および前記ピストンの変位速度を測定する材料試験機であって、前記シリンダユニットを複数個有する切り替えユニットを備え、前記切り替えユニットは、各前記シリンダユニットが前記ピストンの摺動可能位置に移動自在となっていることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記複数個のシリンダユニットは、レボルバ状に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、前記複数個のシリンダユニットは、列状に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明のうちのいずれかにおいて、前記ピストンの摺動可能位置以外にある前記シリンダユニットを冷却する冷却手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、第４の発明において、前記加熱手段の稼動および前記冷却手段の稼動を制御する制御装置を備え、その制御により、少なくとも次に前記ピストンの摺動可能位置に移動される前記シリンダユニットを所定の予熱温度に保つようになっていることを特徴とする。
【００１３】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明のうちのいずれかにおいて、前記複数個のシリンダユニットは、容器内に位置決めされて収容され、隣り合う前記シリンダユニットの間に断熱材が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、複数個のシリンダユニットを有する切り替えユニットを備え、前記切り替えユニットは、各シリンダユニットがピストンの摺動可能位置に移動自在となっている。そのため、１回目の高温試験を行った後、シリンダユニットの冷却を待つことなく、直ちに他のシリンダユニットをピストンの摺動可能位置に移動させ、２回目の高温試験を行うことができる。すなわち、高温試験を連続して行う場合における待機時間を短縮することができる。
第２の発明によれば、複数個のシリンダユニットがレボルバ状に配置されているため、前記切り替えユニットの回転により簡単にシリンダユニットをピストンの摺動可能位置に移動させることができる。
第３の発明によれば、複数個のシリンダユニットが列状に配置されているため、切り替えユニットのスライドにより簡単にシリンダユニットをピストンの摺動可能位置に移動させることができる。
第４の発明によれば、冷却手段により試験後のシリンダユニットをより早く冷却することができ、試験中のシリンダユニットに熱の影響を及ぼしにくくすることができる。
第５の発明によれば、制御装置による制御により、少なくとも次にピストンの摺動可能位置に移動されるシリンダユニットを所定の予熱温度（例えば試験開始温度）に保つことができるため、予熱に要する時間を省略することができる。
第６の発明によれば、断熱材により隣のシリンダユニットに熱の影響を及ぼしにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る材料試験機の正面図である。
【図２】材料試験機の側面図である。
【図３】材料試験機の平面図である。
【図４】材料試験機のシリンダユニットおよびピストンを拡大して示す断面図である。
【図５】材料試験機の制御装置によるシリンダユニットの温度制御のフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態に係る材料試験機の正面図である。
【図７】他の実施形態に係る材料試験機の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は実施形態に係る材料試験機１の正面図であり、図２は材料試験機１の側面図であり、図３は材料試験機１の平面図である。
第１の実施形態の材料試験機１は、試験対象の材料（試験材料）の昇温法試験を連続して行うものであり、切り替えユニット２と、負荷機構３と、測定装置４（図２参照）と、を備える。切り替えユニット２は、負荷機構３に対し回転自在に設けられており、測定装置４は、負荷機構３の内部に設けられている。そして、これらは相互に、電気コネクタまたは電気接点など（図示せず）により、電気的に接続されている。
【００１７】
切り替えユニット２は、プレート状の回転板２０と、回転板２０上に位置決めされた複数個（この第１の実施形態では４個）のシリンダユニット２１と、それらシリンダユニット２１のすべてを同一平面に載置した状態で収容する直方体状の単一の容器２２と、を備える。回転板２０の上面には、各シリンダユニット２１を位置決めするための複数個の突起２０Ａが設けられる。
４個のシリンダユニット２１は、容器２２の鉛直方向の中心軸を軸とする円周状（レボルバ状）に均等に配置されている（図３参照）。また、この第１の実施形態の切り替えユニット２は、容器２２内を各シリンダユニット２１の収容空間に仕切る隔壁２３と、各収容空間においてシリンダユニット２１を除く部分に充填された断熱材２４と、を備える。さらに、この第１の実施形態の切り替えユニット２は、容器２２の側壁外面に面一状に設けられ容器２２の下方空間を囲う四角筒状のカバー２５と、を備える。
【００１８】
そして、切り替えユニット２は、負荷機構３に対し、鉛直方向の中心軸を軸に（図３に示す矢印Ｒ方向にレボルバのように）回転するようになっている。
その回転機構は、回転板２０に連結された回転軸４１と、回転軸４１に連結された歯車４２と、歯車４２に噛み合う駆動用歯車４３と、を備え、この駆動用歯車４３はモータ４４の出力軸に連結されている。
回転する切り替えユニット２を適正な位置で止める機構としては、例えば、各シリンダユニット２１の中心軸に対応する切り替えユニット２の部分に設けたマークと、そのマークを検知するセンサと、を備える機構（図示せず）が挙げられる。センサは、例えば負荷機構３に設けられる。これにより、センサから出力される信号に応じて、モータ４４の駆動を停止させ、回転する切り替えユニット２を適正な位置で止めることができる。
【００１９】
各シリンダユニット２１は、図４に示すように、１個の筒状のシリンダ２１ａと、シリンダ２１ａの側壁に設けられたヒータ（加熱手段）２１ｂと、シリンダ２１ａの底部に設けられ貫通孔２１ｄが形成された台座２１ｃと、を有している。貫通孔２１ｄは、回転板２０に設けた孔２０Ｂ（図１、図２参照)と連通している。
また、各シリンダ２１ａの例えば上端面には、試験材料Ｍの温度を検知するための温度センサＴが設けられている。図４に示す符号３１は、下記に説明する、１個のシリンダユニット２１内で上下方向Ｄに摺動するピストンである。
シリンダ２１ａおよび台座２１ｃは、少なくとも試験時の高温によって変形や劣化が生じない程度の耐性を有した適宜の材料（例えば金属など）で形成される。
【００２０】
負荷機構３は、図１および図２に示すように、切り替えユニット２における１個のシリンダユニット２１内で摺動するピストン３１と、そのピストン３１を摺動させる油圧式のアクチュエータ３２と、を備える。
ピストン３１の材料は、高温に耐えられるよう、シリンダ２１ａおよび台座２１ｃ（図４参照）の材料と同様の金属などが用いられる。
【００２１】
測定装置４は、ピストン３１に加える荷重およびピストン３１の変位速度を測定する装置であり、例えば、図２に示すように、負荷機構３の内部に設けられる。第１の実施形態では、シリンダユニット２１の温度センサＴからの電気信号を受け、試験材料Ｍ（図３参照）の温度を測定できるようになっている。
【００２２】
このような構成の材料試験機を使用することにより、次のようにして昇温法試験を連続して行うことができる。
【００２３】
まず、室温（例えば２５℃）下で、切り替えユニット２における４個のシリンダユニット２１のうちの２個以上のシリンダユニット２１に、例えば異なる試験材料Ｍを入れる。このとき、試験材料Ｍは流動状態であっても固体（非流動状態）であってもよい。固体の場合は、後の予熱工程により、流動状態にされる。
そして、試験材料Ｍを入れたシリンダユニット２１のうちの１つ（図３に示す第１のシリンダユニット２１Ａ）を、負荷機構３のピストン３１と同軸となるよう位置決めし、その第１のシリンダユニット２１Ａ内でピストン３１が摺動可能な状態にする。
この状態で、ヒータ２１ｂにより第１のシリンダユニット２１Ａおよび試験材料Ｍを加熱し、試験開始温度（例えば４０℃）まで昇温させる予熱を行う（予熱工程）。このとき、固体の試験材料Ｍは流動状態にされる。
【００２４】
次いで、ヒータ２１ｂにより第１のシリンダユニット２１Ａおよび試験材料Ｍを昇温させながら、油圧式のアクチュエータ３２によりピストン３１に荷重を加える。これにより、試験材料Ｍが台座２１ｃの貫通孔２１ｄおよび孔２０Ｂから押し出され、それに伴って、ピストン３１が降下（変位）する。そして、ピストン３１に加える荷重およびピストン３１の変位速度ならびに試験材料Ｍの温度を測定装置４により経時的に測定する。この測定を試験終了温度（例えば４００℃）まで行う。これで１回目の昇温法試験が終了する。
【００２５】
その後、直ちに、切り替えユニット２を図３に示す矢印Ｒ方向に回転させて、第２のシリンダユニット２１Ｂを、負荷機構３のピストン３１と同軸となる位置（試験位置）に移動させ、その第２のシリンダユニット２１Ｂ内でピストン３１が摺動可能な状態にする。その後は１回目の昇温法試験と同様にして、２回目の昇温法試験を行う。
３回目以降の昇温法試験も２回目の昇温法試験と同様にして行う。
このようにして、昇温法試験を連続して行う。
【００２６】
このように、第１の実施形態によれば、複数個のシリンダユニット２１を有する切り替えユニット２を備えている。そのため、１回目の昇温法試験を行った後、第１のシリンダユニット２１Ａの冷却を待つことなく、直ちに第２のシリンダユニット２１Ｂを試験位置（ピストン３１の摺動可能位置）に移動させ、２回目の昇温法試験を行うことができる。３回目以降の昇温法試験も同様に行うことができる。すなわち、昇温法試験を連続して行う場合、前回のシリンダユニット２１の冷却時間省略することができ、２回目以降の昇温法試験を行うまでの待機時間を短縮することができる。
また、隣り合うシリンダユニット２１の間に断熱材２４が設けられている状態になっているため、隣のシリンダユニット２１に熱の影響を及ぼしにくくすることができる。
【００２７】
本発明の第２の実施形態は、上述した第１の実施形態において、図１、図２に示すように、試験位置以外にあるシリンダユニット２１（第１の実施形態では３個のシリンダユニット２１）の下方に、シリンダユニット２１を冷却するためのファン（冷却手段）Ｆが設けられている。
【００２８】
この第２の実施形態によれば、ファンＦにより試験後のシリンダユニット２１をより早く冷却することができ、試験中の第１のシリンダユニット２１Ａ（図３参照）に熱の影響をより及ぼしにくくすることができる。
【００２９】
本発明の第３の実施形態は、上述した第２の実施形態において、図２に示すように、ヒータの稼動およびファンの稼動を制御する制御装置５を負荷機構３に備え、その制御により、次に試験位置に移動される第２のシリンダユニット２１Ｂ（図３参照）を所定の予熱温度に保つようになっている。制御装置５は、切り替えユニット２に備えていてもよい。
【００３０】
制御装置によるシリンダユニット２１の温度制御のフローチャートを図５に示す。
この温度制御は、図５に示すように、まず、シリンダユニット２１を移動させると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、次の試験の開始温度Ｘ（ユーザが予め設定する温度）、および次の試験で使用する第２のシリンダユニット２１Ｂの現在の温度Ｙを読み込む（ステップＳ２、Ｓ３）。そして、シリンダユニット温度Ｙが試験開始温度Ｘ以下であれば（ステップＳ４：ＮＯ）、ヒータ２１ｂを稼動させ（ステップＳ５）、試験開始温度Ｘよりも高くなると（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ヒータ２１ｂの稼動を止める（ステップＳ６）。その後もシリンダユニット温度Ｙが上昇し、試験開始温度Ｘとの差がユーザ設定の閾値Ｎよりも大きくなるようであれば（ステップＳ７：ＹＥＳ）、今度はファンＦを稼動させる（ステップＳ８）。そして、シリンダユニット温度Ｙが下降し、試験開始温度Ｘとの差が閾値Ｎ以下になると（ステップＳ７：ＮＯ）、ファンＦの稼動を止める（ステップＳ９）。その後もシリンダユニット温度Ｙが下降し試験開始温度Ｘ以下になると（ステップＳ４：ＮＯ）、再度ヒータ２１ｂを稼動させる（ステップＳ５）。このようにして、試験開始温度Ｘとシリンダユニット温度Ｙとの差が閾値Ｎ未満となるように、シリンダユニット温度Ｙを保つようにする。
ファンＦを稼動させる際には、ファンＦの回転速度を制御するようにしてもよい。
【００３１】
このように、第３の実施形態によれば、制御装置による制御により、次に試験位置に移動されるシリンダユニット２１Ｂを予め試験開始温度ないしその近傍温度にしておくことができるため、予熱に要する時間を省略することができる。そのため、２回目以降の昇温法試験を行うまでの待機時間をさらに短縮することができる。
制御は、次に試験位置に移動される（１つ前に待機する）シリンダユニット２１Ｂに対して行うだけでなく、２つ以上前に待機するシリンダユニット２１に対して行ってもよい。
【００３２】
上述した第１〜第３の実施形態では、切り替えユニット２の回転によりシリンダユニット２１を試験位置に移動するようにしたが、下記の第４の実施形態のように、スライドするようにしてもよい。
【００３３】
第４の実施形態は、図６および図７に示すように、切り替えユニット１０２は、プレート１２０と、プレート１２０上に位置決めされた複数個（この第４の実施形態では３個）のシリンダユニット１２１と、それらシリンダユニット１２１のすべてを同一平面に載置した状態で収容する直方体状の単一の容器１２２と、を備える。
切り替えユニット１０２は、容器１２２内を各シリンダユニット１２１の収容空間に仕切る隔壁１２３と、各収容空間においてシリンダユニット１２１を除く部分に充填された断熱材１２４と、を備える。
切り替えユニット１０２は、複数個のシリンダユニット１２１を１列状に配置したものとし、その切り替えユニット１０２のスライドによりシリンダユニット１２１を試験位置に移動することができる。
プレート１２０の上面には、各シリンダユニット１２１を位置決めするための複数個の突起１２０Ａが設けられる。また、プレート１２０には、シリンダユニット１２１と同軸に形成され試験材料Ｍが押し出される孔１２０Ｂが設けられる。
【００３４】
切り替えユニット１０２は、チェーン１１１の上に載置される。
チェーン１１１は、一対のスプロケット１１２、１１３間に掛け渡され、スプロケット１１２が不図示のモータにより駆動されると、押し片１１４により切り替えユニット１０２が矢印Ｅの方向に移動する。スライドする切り替えユニット１０２を適正な位置で止める機構としては、第１の実施形態と同様に、例えば、各シリンダユニット１２１の中心軸に対応する切り替えユニット２の部分に設けたマークと、そのマークを検知するセンサと、を備える機構（図示せず）が挙げられる。センサから出力される信号に応じて、モータの駆動を停止させ、切り替えユニット１０２を適正な位置で止めることができる。
【００３５】
また、上述した第１〜第４の実施形態では、隣り合うシリンダユニット２１の間に断熱材２４を設けた状態としたが、断熱材２４を設けなくても、２回目以降の昇温法試験を行うまでの待機時間を短縮することができるという所期の目的を達成することができる。
【００３６】
また、上述した第１〜第４の実施形態では、シリンダを加熱する加熱手段として、ヒータ２１ｂを採用し、そのヒータ２１ｂをシリンダ２１ａの側壁に設けたが、他でもよい。例えば、加熱手段を電磁波照射装置または赤外線照射装置とし、その電磁波照射装置または赤外線照射装置をシリンダ２１ａの周囲にシリンダ２１ａと隙間をあけて設けてもよい。
【００３７】
また、上述した第２〜第４の実施形態では、シリンダユニット２１，１２１を冷却する冷却手段として、ファンＦを採用し、そのファンＦをシリンダユニット２１，１２１の下方に設けたが、他でもよい。例えば、冷却手段を、冷媒を利用した熱交換器とし、その熱交換器をシリンダユニット２１，１２１の側壁に設けてもよい。
【００３８】
さらに、上述した実施形態は、あくまでも本発明の態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形および応用が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  材料試験機
２，１２０  切り替えユニット
３  負荷機構
４  測定装置
５  制御装置
２１，１２１  シリンダユニット
２１ａ  シリンダ
２１ｂ  ヒータ（加熱手段）
２２，１２２  容器
２４，１２４  断熱材
３１  ピストン
Ｆ  ファン（冷却手段）
Ｍ  試験材料
【図１】
2020085685.tif 000003
【図２】
2020085685.tif 000004
【図３】
2020085685.tif 000005
【図４】
2020085685.tif 000006
【図５】
2020085685.tif 000007
【図６】
2020085685.tif 000008
【図７】
2020085685.tif 000009