(57)【要約】【解決手段】図１に示す一例であるレオメーター１は、上部ダイス２と下部ダイス３からなり、このダイスの配列上を垂直線上に延びるのは過熱素子４及び上部ダイス２の絶縁層５に連結されている空気圧シリンダシャフト６である。下部ダイス３は軸受け８によって支持されており、この軸受け８は空気圧シリンダ６の一直線上にある軸を中心に下部ダイスを回転させる。下部ダイス３は回転の際、上部ダイスを実質上固定した状態に保つのに必要な力を測定する変換器１２に連結された空気圧シリンダの一直線上にある垂直な軸を中心に回転するよう振動する。また別の方法として、ローターヘッド１６が試験材料を保持している間、下部ダイスは実質上静止している。この場合、材料内のローターヘッド１６の振動を維持するのに必要な力を変換器１２によって試験する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの物理特性を試験するための装置で、その装置が、プレートの間にサンプルを受けて、該プレートが相対的に動いている際にサンプルに力を加えるために間隔のあいた相対的に可動しうるプレートと、その相対的な動きを可能とするためにプレートの一方を取り付けるための軸受とを備え、該軸受が湾曲部により相対的な動きを可能にする支持部材を備えることを特徴とするサンプルの物理特性を試験するための装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、軸受が支持部材に連結される第１及び第２軸受部品からなり、該軸受部品が、前記支持部材の変形可能部により、プレートが動いているとき相互に可動しうることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、第１軸受部品が少なくとも１枚のプレートを支持する実質的に垂直な部材からなるとともに、第２軸受部品が第１軸受部品と同軸の部材からなることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置において、第１軸受部品が実質的に垂直な円筒形部材からなるとともに、第２軸受部品が第１軸受部材と同軸の円筒形部材から形成されることを特徴とする装置。
【請求項５】
前述の請求項のいずれかに記載の装置において、第１及び第２軸受部品が、第１軸受部品から放射状に延びる支持部材に連結されることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、各支持部材が、第１軸受部品から延びるアーム、リブ又はブレードからなることを特徴とする装置。
【請求項７】
前述の請求項のいずれかに記載の装置において、３本の支持部材があることを特徴とする装置。
【請求項８】
前述の請求項のいずれかに記載の装置において、支持部材の各々がその長さに沿って少なくとも１つの屈曲部を有することを特徴とする装置。
【請求項９】
前述の請求項のいずれかに記載の装置において、支持部材が第１軸受部品の延長部であることを特徴とする装置。
【請求項１０】
前述の請求項のいずれかに記載の装置において、軸受部品と支持部材がばね鋼であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
材料の物理特性を試験するための方法で、第１のプレートを実質的な固定位置に保持しながら、支持部材によって連結される第１及び第２軸受部品からなる軸受に支持される第２プレートが他方のプレートに対して動く、２枚のプレートの間にサンプルを装填することと、前記第１及び第２軸受部品の動きが、変換器からの測定値を照合するためにコンピュータに接続される変換器で測定した前記実質的な固定位置に第１プレートを保持するために必要な力による、前記支持部材の変形の結果であることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、第１軸受部品が第２軸受部品に対して回動することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、第１及び第２軸受部品が、互いに同一軸上で回動することを特徴とする方法。
【請求項１４】
実質的に添付図面を参照して本明細書に記載され、添付図面に図示されるとおりの材料の物理特性を試験するための装置。
【請求項１５】
実質的に添付図面を参照して本明細書に記載され、添付図面に図示されるとおりの材料の物理特性を試験するための方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は材料の物理特性を試験するための装置に関し、特に試験中により正確な測定を可能にする軸受を有するレオメータに関するものであるが、それに限られるものではない。
【０００２】
レオメータは、塗料・顔料、製紙、触媒、セラミック、ゴム生産など、幅広い化学及び素材加工業界で使用されている。原材料を所定の調合物に混合又は加工し、さらにレオメータを用いて試験して、製造に移行する前に材料の粘弾性特性を測定する。ゴム業界では、レオメータを用いてゴムの個々のバッチの硬化特性を判定し、タイヤ、シール及びガスケットの生産で用いる。
【０００３】
【従来の技術】
レオメータによって得られる動的せん断力などの機械力に対する材料の反応は、製造で使用する材料のバッチの選択において重要な要因である。レオメータを用いて得た測定値を使用して、どのバッチが所要の仕様を満たすかを点検する。
【０００４】
周知のレオメータには、サンプルを向かい合った円形プレートの間に配置する欧州特許出願公開第５４５７２８号に説明されるようなものが含まれる。さらに２枚のプレートをサンプルに接触させて、プレートを加熱しながら圧力下に保持する。
【０００５】
一方のプレートを他方の向かい合ったプレートに対して角度をもつように、所定の振動数と角振幅で振動させる。所定の振動数と角振幅は実行する試験と試験する材料に従って選択する。一方のプレートの他方のプレートに対する角変位を、光学デコーダを用いて正確に測定する。さらに材料のレオロジー特性を、測定したプレートのトルクと角変位を用いてコンピュータで計算する。
【０００６】
下側のプレートは、プレートを振動させるが軸方向荷重下で安定したままにできる玉軸受、あるいは代わりに空気軸受などの軸受で支持することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
周知のレオメータに関する問題は、軸受の摩耗が激しくなることである。この摩耗は、軸受が下側のプレートから熱を吸収することと、軸受は例えば１度又は２度といった小さな角度の振動でしか作動しないことによって発生する。軸受は高温、高軸荷重を小さな角振幅の動きと組み合わせて運転するため、これにより軸受の摩耗が生じ、その結果軸受が早く故障する。さらに重要なことに、試験精度が落ちる。軸受が故障すると、レオメータは軸受を交換するまで使用できず、このために生産が低下し、その結果製品の製造コストが上がるという問題も加わる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の最初の側面は、間にサンプルを受けて、両プレートが相対的に動いているときにサンプルに力を加えるための間隔のあいた一対の可動プレートと、その相対的な動きのためにプレートの一方を取り付けるための軸受とを備える、サンプルの物理特性を試験するための装置で、軸受が支持部材を備え、支持部材の変形により相対的な動き可能とすることを特徴とする装置にある。
【０００９】
好ましくは、軸受は支持部材に連結される第１及び第２の軸受部品からなり、軸受部品は前記支持部材の変形可能部のために、プレートが動いている際に互いに相対的に動くことが可能である。
【００１０】
好ましくは、第１軸受部品は少なくとも１枚のプレートに連結される実質的に垂直な部材からなるとともに、第２軸受部品は第１軸受部品と同軸の部材からなる。両プレートは上下のプレートをもつ垂直構成にすることも考えられる。軸受は普通下側のプレートを支持するが、軸受が上側のプレートに連結されることも考えられる。さらに、軸受をプレートのどちらかに連動させて、プレートを実質的に水平方向に向かい合った構成にすることも考えられる。
【００１１】
特に好ましくは、第１軸受部品が実質的に垂直な円筒形部材からなるとともに、第２軸受部品が第１軸受部品と同軸の円筒形部材から形成されることである。しかし、第１軸受部品が第２軸受部品に対して軸方向に動く垂直部材からなる構成も考えられる。
【００１２】
理想的には、第１及び第２軸受部品は、第１軸受部品から放射状に延びる支持部材によって連結される。各支持部材は、第１軸受部品から延びるアーム又はリブであってもよい。別の構成では、支持部材が第１軸受部品の長さに沿って延びるブレードの形をとる。
【００１３】
好ましくは、支持部材は３本であるが、この数は測定される材料のパラメータによって、増減できる。
【００１４】
支持部材が、第１及び第２軸受部品が互いに相対的に動き易いように、その長さに沿った少なくとも１つの屈曲部を有するのが有利である。
【００１５】
支持部材の有利な構成のひとつは、支持部材が第１軸受部品を形成する垂直部材から放射状に広がることである。これは第１軸受部品の保持溝の中に配置すればよく、代わりに、支持部材を第１軸受部品に例えばスポット溶接してもよい。また、支持部材を第１及び第２軸受部品に着脱自在に連結することも考えられる。
【００１６】
軸受部品の好適な材料は、高圧及び高温に耐えられるものである。このような材料にはばね鋼が含まれるが、高圧及び高温に耐えうる他の金属や複合材、あるいは高分子材料を使うことも可能である。
【００１７】
本発明の第２の側面では、材料の物理特性を試験するための方法で、サンプルを２枚のプレートの間に装填し、第１のプレートが実質的な固定位置に保持されるとともに、支持部材によって連結される第１及び第２軸受部品からなる軸受に支持される第２プレートが他方のプレートに対して動き、さらに第１及び第２軸受部品の動きが、変換器からの測定値を照合するためにコンピュータに接続されている変換器が測定する前記実質的な固定位置に第１プレートを保持するために必要な力による、前記支持部材の変形の結果であることを特徴とする方法を提供する。
【００１８】
好ましくは、第１軸受部品は第２軸受部品に対して回転する。しかし、第１及び第２軸受部品を互いに面軸受として動かすことも可能である。
【００１９】
装置は典型的には、普通体積約４ｃｍ３の小さな材料のサンプルを試験する。プレートを１メートルあたり約１０キロニュートン（ｄＮ）の圧力で試験する材料付近に近づけて、最高２５０℃に加熱する。試験中、プレートを１．６７Ｈｚで（ただし、これは０．０１Ｈｚから１００ＨＺまで変わりうる）、且つ０．５°の角振幅（ただし、これは０．０５から１５度まで変わりうる）で互いに振動させる。２番目のプレートの動きによって生じる最初のプレートの表面に押し付けられて動くサンプルのせん断力は、レオメータで試験する材料の特性を測定する上で重要な要因である。サンプル、つまり実際にはもう一方のプレートの動きによるプレートの反力は、変換器によって測定でき、力の読取値は試験中継続して得られ、リアルタイムで作図されて、試験中の材料の特性の曲線を示す。
【００２０】
プレートという言葉には、特殊形状にされているか否かに関係なくダイスも含まれ、具体的な説明はダイスのことを言う。
【００２１】
本発明を上記のように定義してきたが、上記又は以下の詳細な説明に記載される特徴を持つあらゆる発明による組み合わせが含まれることは理解するべきである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明をよりよく理解するために、ここで添付図面を参照しながら、実施例をもって具体的に説明する。
【００２３】
図１は、上部ダイス２と下部ダイス３からなるレオメータ１を示す。各ダイスはそれぞれの加熱素子４に連結している。加熱素子はそれぞれ順次、絶縁層５に接触しており、これがより正確な試験条件を提供するために各ダイスからの熱損失を減らしている。ダイスの構成の縦軸に沿って延びるのは空気圧シリンダシャフト６であり、これは上部ダイス２の加熱素子４と絶縁層５に連結されている。このシリンダシャフト６は、試験材料を装填するときには上部ダイスが下部ダイスから離れるように動き、また材料が試験されているときには前記下部ダイス３に向かって動くように用いられる。空気圧シリンダシャフト６には変換器１２が取付けられており、変換器１２はさらにコンピュータにつながるケーブル１２ａに接続されている。上部ダイスは空気圧シリンダシャフト６によって実質的に動かないように保持されている。
【００２４】
下部ダイス３は、下部ダイスを空気圧シリンダシャフト６の軸と一直線上にある軸を中心に回転させる軸受８によって支持されている。
【００２５】
図３でより詳細に示されているように、軸受８は、支持部材１１によって外側シリンダ１０に連結される実質的に垂直なシャフト９である第１軸受部品からなる。支持部材１１は垂直シャフト９から放射状に延びている。中央のシャフト９はスピンドル１７によってダイス３に連結されている。支持部材１１はそれぞれその長さに沿って屈曲部１８を有する。１つの屈曲部しか図示していないが、一連の屈曲部にしてもよく、あるいはいくつかの部材が屈曲部がない領域をもつことも可能である。
【００２６】
図示した軸受には摺動部分がないので、摩耗をほとんど受けないことに注意されたい。また支持部材が熱も圧力も吸収できるだけの大きさがあるので、熱及び圧力から生じる劣化も受けにくい。
【００２７】
変換器１２は、下部ダイス３が空気圧シリンダシャフトと一直線上にある垂直軸を中心に回転するように振動させられるので、上部ダイス２を実質的に固定された状態に維持するために必要な力を測定する。好ましくは、１．６７Ｈｚの振動数を角振幅０．５°で用いる。変換器１２は試験中の読取値を示し、読取値はコンピュータに送られて、リアルタイムで作図され、試験中の材料の曲線を作り出す。典型的には、変換器は１サイクルにつき１２個の読取値を読取るが、これは１サイクルにつき４から２０００個の読取値と変わりうる。
【００２８】
下部ダイス３はねじ付き軸受ハウジング７に収容され、ハウジング７はダイス２、３の間のすき間を調整できる。
【００２９】
下部ダイス３は、ここでも空気圧シリンダシャフト６の軸上にある支持シャフト１３に連結されており、シャフト１３がリンクアーム１４に連結されて、順次にモータで駆動される。モータはサンプルの試験中支持シャフト１３を回転させ、それが順次に下部ダイス３を回転させる。
【００３０】
試験中、２つのダイスの間におかれた材料は、可塑状態から半液体を経て、橋かけの段階に行き、最終的には測定値が得られる平衡状態へと向かう。
【００３１】
サンプルからは正弦波に沿った結果のリストと、エラストマーモジュール及び粘性モジュールからなるフーリエ解析が得られ、グラフ形式で再生される。代わりに、フーリエ解析ではなく、結果を使って、単なる等差級数を計算し、正弦波運動の各サイクルのトルク値を求めてもよい。グラフから、試験材料を製造工程で使うために受入れられる許容値の範囲が分かる。得られた作図の曲線が図５に示されている。この場合、サンプルは１７５℃（＋／− ５℃の範囲内）の温度で保持され、試験は３分間行なった。サンプルが指定の用途に受入れられるようにサンプルの波形特性が収まらなければならないテストポイントの関門が多数ある。
【００３２】
図２には、図１の構成と似たレオメータの構成を示す。この場合、上部ダイス２も下部ダイス３も、その間におかれるサンプル付近の位置に実質的に動かないように保持される。下部ダイスはフレーム１９に支持される。この場合、下部ダイス３のために、支持シャフト１３の内部にメインシャフト１５がある。メインシャフト１５はシャフト１３の中を通って延び、ロータヘッド１６で終わり、ロータヘッド１６が２つのダイス２、３の間の空間にまで延びている。ロータヘッドは実際には試験する材料の本体にまで延び、材料内でヘッド１６が動く結果として生じるトルクが、得られる測定値となる。トルクは軸受８に伝えられる。下部ダイスと連動する変換器１２は、軸受８から測定値を得る。この場合、得られる測定値は力であり、つまり材料内のロータヘッド１６の振動を維持するために必要な力である。これら測定値は時間に関係付けて作図されて、ダイスの間の材料の特性を測定し、ここでもグラフは図５に図示するグラフと似た様式で作図される。
【００３３】
上記の詳細な説明は本発明の一つの実施例であり、例示のためにのみ提供されることを理解されたい。設計及び構成の様々な詳細は、請求の範囲に記載されるように発明の真の精神及び範囲を逸脱することなく変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従ったレオメータの側面図を示す。
【図２】
本発明に従った別のレオメータの側面図を示す。
【図３】
本発明に従ったレオメータとともに用いるダイスの支持体を上から見た図を示す。
【図４】
本発明に従ったダイスの軸受の側面図を示す。
【図５】
本発明に従ったレオメータを用いて得た試験結果のグラフを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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