(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2016511421
(43)【公表日】20160414
(54)【発明の名称】シールレス・レオメータ・ダイ・アセンブリ
(51)【国際特許分類】
   G01N 11/00 20060101AFI20160318BHJP
【FI】
   !G01N11/00 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】15
(21)【出願番号】2016501442
(86)(22)【出願日】20140312
(85)【翻訳文提出日】20151020
(86)【国際出願番号】US2014024225
(87)【国際公開番号】WO2014159569
(87)【国際公開日】20141002
(31)【優先権主張番号】13/828,201
(32)【優先日】20130314
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】515239825
【氏名又は名称】アルファ テクノロジーズ サービシズ エルエルシー
【住所又は居所】アメリカ合衆国,オハイオ州 44305−4420,アクロン,ギルクリスト ロード 3030
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】マクマスター,マシュー,エス.
【住所又は居所】アメリカ合衆国,オハイオ州 44281,ウォズワース,ダーシー ドライブ 7733
(72)【発明者】
【氏名】ポロウスキー,ヘンリー
【住所又は居所】アメリカ合衆国,オハイオ州 44273,セビル,グッド ロード 3671
(72)【発明者】
【氏名】ストーラー,マイケル,アール.
【住所又は居所】アメリカ合衆国,オハイオ州 44667,オービル,イースト パラダイス ストリート 121
(57)【要約】
【課題】バッキング要素を伴うシールレス・ダイ・アセンブリを提供する。
【解決手段】第1のダイ・アセンブリは、サンプル保持チャンバを形成するために第2のダイ・アセンブリと協働する。ダイ・アセンブリのうちの少なくとも1つは、ダイがそのハウジングに対して回転可能なように放射状ギャップだけ互いに分離された、ダイ及びハウジングを含む。サンプル保持チャンバ内の圧力を維持するために、ダイとそのハウジングとの間のギャップをブリッジするように薄いフィルムが位置決めされる。バッキング要素がダイ・ハウジングと協働してフィルムとインターフェースし、バッキング要素はその対応するダイから離間される。バッキング要素は、サンプルからトルク変換器へとトルクを伝達するのに役立つ。ダイ・アセンブリは、材料のプロセス特徴をテストするために、レオメータ又は他のサンプル測定装置内に組み込むことが可能である。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サンプル材料の特性を測定するためのレオメータであって、
第1のダイ及び第1のシーリング板を備える第1のダイ・アセンブリと、
前記第1のダイと前記第1のシーリング板との間のギャップと、
第2のダイ及び第2のシーリング板を備える第2のダイ・アセンブリであって、前記第1及び第2のダイは、サンプル保持チャンバを形成する、第2のダイ・アセンブリと、
前記第1のシーリング板と協働するバッキング要素であって、前記バッキング要素の一部が前記サンプル保持チャンバとインターフェースする、バッキング要素と、を備え、
前記第1及び第2のダイ・アセンブリは、前記第1のダイと前記第1のシーリング板との間の前記ギャップをブリッジするために、前記第1と第2のダイの間に位置決めされるフィルムを受け入れるように配置構成され、前記フィルムが前記ダイの間に保持される場合、前記バッキング要素は、前記バッキング要素と前記サンプル保持チャンバとを分離する前記フィルムを伴う前記第1のダイから離間される、レオメータ。
【請求項2】
前記第1のシーリング板に対する前記バッキング要素の移動を防ぐために、前記第1のシーリング板と協働するリテーナを更に備える、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項3】
前記バッキング要素の少なくとも一部が、前記リテーナと前記第1のシーリング板との間に位置決めされる、請求項2に記載のレオメータ。
【請求項4】
前記リテーナの一部が、前記バッキング要素と前記第1のダイとの間に位置決めされる、請求項2に記載のレオメータ。
【請求項5】
前記第2のダイに結合された駆動機構を更に備え、前記駆動機構は、前記第1又は第2のダイのうちの1つを他方のダイに対して回転させるように配置構成される、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項6】
前記第2のダイと前記第2のシーリング板との間に位置決めされるシールを更に備える、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項7】
前記バッキング要素の少なくとも一部が、ポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項8】
前記バッキング要素の少なくとも一部が、エラストマを含む、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項9】
前記エラストマが、フルオロエラストマを含む、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項10】
前記バッキング要素が、低摩擦材料を含む、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項11】
前記バッキング要素が、グラファイトを含む、請求項10に記載のレオメータ。
【請求項12】
前記バッキング要素が、潤滑剤を含む、請求項10に記載のレオメータ。
【請求項13】
前記第1及び第2のダイ・アセンブリが、開位置及び閉位置を有する、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項14】
前記第1及び第2のダイのうちの少なくとも1つが、前記第1及び第2のダイのうちの他方に対して回転可能である、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項15】
前記サンプル保持チャンバ内のサンプル上のトルクを測定するように配置構成された前記第1のダイに結合される、トルク変換器を更に備える、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項16】
前記フィルムが、ポリイミド材料を含む、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項17】
前記フィルムが、15マイクロメートルから50マイクロメートルの間の厚みを有する、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項18】
前記第2のシーリング板と協働する第2のバッキング要素と、
前記第2のダイと前記第2のシーリング板との間の第2のギャップと、
前記第2のダイと前記第2のシーリング板との間の前記第2のギャップをブリッジするために、前記第1のダイと第2のダイとの間に位置決めされる第2のフィルムと、を更に備え、
前記第1及び第2のダイ・アセンブリが閉位置にある場合、前記第2のバッキング要素は前記第2のダイから離間され、前記第2のフィルムは前記第2のバッキング要素と前記サンプル保持チャンバとを分離する、請求項1に記載のレオメータ。
【請求項19】
第1のダイ及び第1のシーリング板を備える第1のダイ・アセンブリと、前記第1のシーリング板と協働するバッキング要素と、第2のダイ及び第2のシーリング板を備える第2のダイ・アセンブリと、を備え、前記第1及び第2のダイはサンプル保持チャンバを形成する、レオメータを使用して、サンプル材料の特性を測定するための方法であって、
サンプルを前記サンプル保持チャンバ内に配置することと、
前記第1及び第2のダイ・アセンブリが前記閉位置にある場合、前記バッキング要素は前記第1のダイから離間され、フィルムは前記バッキング要素と前記サンプル保持チャンバとを分離するように、前記第1のダイと前記第1のシーリング板との間のギャップをブリッジするために、前記サンプルと前記第1のダイ・アセンブリとの間にフィルムを配置することと、
を含む、方法。
【請求項20】
サンプル材料の特性を測定するためのレオメータであって、
第1のダイ及び第1のシーリング板を備える第1のダイ・アセンブリと、
前記第1のダイと前記第1のシーリング板との間のギャップと、
第2のダイ及び第2のシーリング板を備える第2のダイ・アセンブリであって、前記第1及び第2のダイはサンプル保持チャンバを形成する、第2のダイ・アセンブリと、
前記第1のシーリング板と協働するバッキング要素と、
前記第1のダイと前記第1のシーリング板との間の前記ギャップをブリッジするために、前記第1と第2のダイの間に位置決めされるフィルムと、を備え、
前記第1及び第2のダイ・アセンブリが閉位置にある場合、前記バッキング要素は前記第1のダイから離間され、前記フィルムは前記バッキング要素と前記サンプル保持チャンバとを分離する、レオメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
態様は、一般に、バッキング要素及びフィルムを備えるシールレス・レオメータ・ダイ・アセンブリに関する。
【背景技術】
【0002】
ゴム、加硫ゴム、ポリマー、プラスチック、熱可塑性プラスチック、及び他の材料などの、材料のプロセス特徴をテストするために、様々なタイプのレオメータが存在する。典型的なレオメータでは、2つのレオメータ・ダイ間に画定されたチャンバ内に材料サンプルが配置される。サンプルの一方の側に回転歪みが印加され、他方の側にサンプルのトルクを測定するための測定デバイスが提供される。例えば、1つのレオメータ・ダイが固定レオメータ・ダイに対して発振し、サンプルへの回転せん断力を作成することができる。せん断力に対するサンプルの反応を示すサンプル上のトルクを測定するために、固定ダイ上にトルク変換器を取り付けることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
発明者は、サンプル・キャビティが加圧される従来のレオメータは、頻繁な再較正及びシール交換を必要とし、これが非効率的であり費用が掛かる可能性があることを発見した。発明者は、これらの問題が、トルク変換器が配置された側のダイ・アセンブリのシーリング配置構成に起因することを認識した。従来のダイ・アセンブリでは、エラストマ・シールがダイ・ハウジングによって保持され、ダイ及びダイ・ハウジングの両方と接触している。トルク変換器は測定を行うために変形可能でなければならないため、シールは使用中に変形することになる。シールの弾性特性は高温にさらされるために経時的に変化し、摩擦力によって摩耗する可能性がある。シールが老朽化及び摩耗するにつれて計器は再較正されなければならず、最終的にシールを完全に交換しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【0004】
発明者は、従来のシールをフィルム及びバッキング要素構成に置き換えることによって、こうした再較正及びシール交換の必要性が低減され得ることを理解している。フィルムは、サンプル保持チャンバを加圧された状態に維持し、更に、ダイ・ハウジングに対して配設され、領域内のダイ・ハウジングとフィルムとの間に位置決めされたバッキング要素は、フィルムとダイ・ハウジングとの間の抵抗を低減させる。従来のシールとは異なり、バッキング要素がダイと接触しないように、バッキング要素はダイから離間される。したがって、バッキング要素がダイから離間された状態では、バッキング要素の形状又は特性のわずかな変化及びバッキング要素の摩耗が、サンプル上でのトルクの測定に影響を与えることはない。
【0005】
一態様によれば、サンプル材料の特性を測定するためのレオメータは、第1のダイ及び第1のシーリング板を伴う第1のダイ・アセンブリを含む。第1のダイと第1のシーリング板との間にギャップが配置される。レオメータは、第2のダイ及び第2のシーリング板を伴う第2のダイ・アセンブリも含む。第1及び第2のダイは、サンプル保持チャンバを形成する。レオメータは、第1のシーリング板と協働するバッキング要素も含み、バッキング要素の一部がサンプル保持チャンバとインターフェースする。第1及び第2のダイ・アセンブリは、第1のダイと第1のシーリング板との間のギャップをフィルムがブリッジするように、第1と第2のダイの間に位置決めされるフィルムを受け入れるように配置構成される。フィルムがダイの間に保持される場合、バッキング要素は、バッキング要素とサンプル保持チャンバとを分離するフィルムを伴う第1のダイから離間される。
【0006】
別の態様によれば、レオメータを使用してサンプル材料の特性を測定するための方法が開示される。レオメータは、第1のダイ及び第1のシーリング板を伴う第1のダイ・アセンブリと、第1のシーリング板と協働するバッキング要素と、第2のダイ及び第2のシーリング板を伴う第2のダイ・アセンブリと、を含む。第1及び第2のダイは、サンプル保持チャンバを形成する。方法は、サンプルをサンプル保持チャンバ内に配置することを含む。方法は、第1及び第2のダイ・アセンブリが閉位置にある場合、バッキング要素は第1のダイから離間され、フィルムはバッキング要素とサンプル保持チャンバとを分離するように、第1のダイと第1のシーリング板との間のギャップをブリッジするために、サンプルと第1のダイ・アセンブリとの間にフィルムを配置することも含む。
【0007】
更に別の態様によれば、サンプル材料の特性を測定するためのレオメータは、第1のダイ及び第1のシーリング板を伴う第1のダイ・アセンブリを含む。第1のダイと第1のシーリング板との間にギャップが配置される。レオメータは、第2のダイ及び第2のシーリング板を伴う第2のダイ・アセンブリも含む。第1及び第2のダイは、サンプル保持チャンバを形成する。レオメータは、第1のシーリング板と協働するバッキング要素も含む。最終的にレオメータは、フィルムが第1のダイと第1のシーリング板との間のギャップをブリッジするように、第1と第2のダイの間に位置決めされたフィルムを含む。第1及び第2のダイ・アセンブリが閉位置にある場合、バッキング要素は第1のダイから離間され、フィルムはバッキング要素とサンプル保持チャンバとを分離する。
【0008】
添付の図面は、一定の縮尺で描画されることは意図されていない。図面において、様々な図に示された同一又はほぼ同一の各構成要素は、同様の数字で表される。明瞭にするために、あらゆる図面にあらゆる構成要素がラベル表示されている訳ではない場合がある。次に、本発明の様々な実施形態を、添付の図面を参照しながら例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】従来のレオメータの一部を示す断面図である。
【図2】例示的な一実施形態に従った例示的なレオメータを示す断面図である。
【図3】線3によって囲まれた図2のレオメータの一部を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
レオメータは、典型的には、ゴム、加硫ゴム、ポリマー、プラスチック、熱可塑性プラスチック、又は他の材料などの、粘弾性材料の様々な特性を決定するために使用される。これらの計器は、一般に、可動ダイ・レオメータ(MDR)、ゴム・プロセス分析装置(RPA)、発振ディスク・レオメータ(ODR)、及び/又はムーニー粘度計と呼ばれることがある。これらの計器は、回転せん断力を材料サンプルに印加し、結果としてサンプル上に生じるトルクを測定することができる。材料に関する情報は、サンプル上で測定されたトルクから導出され得る。テストされる材料サンプルは、2つの対向するレオメータ間に形成されたチャンバ内に封入することが可能であり、一方のダイを他方のダイが固定されている間に回転させることによって、回転せん断力を材料サンプルに印加することができる。「レオメータ」という用語は、上記で列挙されたデバイスを含むがこれらに限定されない、粘弾性材料のプロセス特徴を測定するために使用される任意のレオロジー計器を指すことを理解されたい。
【0011】
前述のように、レオメータは、サンプル保持チャンバの上部及び下部を形成するダイを用いて構成することができる。従来のレオメータでは、各ダイは、ダイを取り囲む同軸円筒形ハウジング内で回転可能な円形ディスクである。耐熱弾性材料の環状シールが、ダイ・ハウジングの軸方向に延在する面の溝内に着座し、ダイの軸方向に延在する面と接触している。こうしたシールは、テスト中にサンプル保持チャンバ内の一定の圧力を維持するために必要とされてきた。しかしながらシールは、ハウジングとダイとの間の相対的な移動の間に、ダイとの接触によって恒常的な摩耗にさらされる。加えて、サンプルとシールとの間の接触も、シール上の摩耗を増大させる可能性がある。結果として、こうしたシールはすぐに摩耗する可能性があり、計器の頻繁な再較正及びシールの交換が必要となる。
【0012】
例えば図1は、例示的な従来のレオメータ10を示す。上部ダイ・アセンブリは、上部ハウジング21及び上部ダイ11を備える。上部ハウジング21は上部シーリング板15を含み、上部ダイ11を取り囲んでいる。上部シール13は、上部シーリング板15の軸方向に延在する面の溝内に着座し、シールの内部環状面で上部ダイ11と接触している。下部ダイ・アセンブリは、下部ハウジング22及び、同じくシールの内部環状面にある下部ダイ12を備える。ハウジング22は下部シーリング板16を含み、下部ダイ12を取り囲んでいる。下部シール14は、下部シーリング板16の軸方向に延在する面の溝内に着座し、下部ダイ12と接触している。上部ダイ11は、上部ダイ11の外縁周辺のファスナを介してトルク変換器26に接続する。下部ダイ12は、下部ダイ12の外縁周辺のファスナを介して駆動機構25に接続する。上部シール13は、上部シーリング板15内及び上部ダイ11周辺に着座し、上部ダイ11の移動に抵抗を付与する。チャンバ内に存在するサンプルとの接触による極端な温度及び大幅な摩耗によってシールの物理的特性が変化すると、抵抗の量は変化する。こうした抵抗の変化は、トルク変換器でのトルク測定を歪曲させ、不正確な結果につながる可能性がある。
【0013】
こうしたシールの配置構成を回避するためにいくつかの試みが行われてきた。例えば一手法によれば、ダイとダイ・ハウジングとの間のシールが除去され、サンプル保持チャンバは大気圧に対してオープンなままとなる。発明者等は、こうした配置構成では、サンプル保持チャンバはもはや加圧されず、サンプル内に気泡が形成される可能性があり、それによって測定の歪曲及び不正確な結果を生じさせることを理解している。
【0014】
別の手法によれば、ダイとダイ・ハウジングとの間のエラストマ・シールが除去され、ダイとダイ・ハウジングとの間のギャップをブリッジするために、サンプルとダイとの間にフィルムが配置される。発明者等は、こうした配置構成において、フィルムはダイ・ハウジング及び上部ダイに粘着され、フィルムを介してダイとダイ・ハウジングとの間に測定の歪曲及び不正確な結果を生み出すかなりの抵抗力を生じさせることを理解している。より硬いテスト材料も、上部ダイとダイ・ハウジングとの間に追加の抵抗力を生み出すことによって測定の歪曲に寄与する。
【0015】
別の手法によれば、耐熱エラストマ・シールがベアリング材料に置き換えられる。発明者等は、ベアリング材料が温度変化を適切に処理できないため、レオメータ・ダイ・アセンブリ内でのベアリング材料の使用は、テスト・プロセス中の温度変動によって、ダイとダイ・ハウジングとの間にギャップ・サイズの変化を生じさせる可能性があり、結果として繰り返し問題を生じさせることを理解している。加えて発明者等は、こうしたデバイスを複数のレオメータ内に繰り返し製造することが困難であることを理解している。
【0016】
本発明の態様は、正確且つ反復可能な測定を生成するように構成されると同時に、計器再較正及びシール交換の頻度を低減させる、ダイ・アセンブリを対象としている。また、この配置構成は、複数のレオメータをより反復的に動作できるようにするものである。
【0017】
態様によれば、ダイとダイ・ハウジングの両方に接している従来のエラストマ・シールが排除されると同時に、抵抗を低減又は排除した構成によってサンプル保持チャンバ内の圧力は維持される。
【0018】
一実施形態において、ダイ・アセンブリはフィルム及びバッキング要素を含む。フィルムが、サンプル保持チャンバ内の圧力を維持するためにダイとそのハウジングとの間のギャップをブリッジすると同時に、バッキング要素の存在が、フィルムとダイ・ハウジングとの間の抵抗を低減又は排除する。このように、従来のシールが無いことによって、シールの摩耗による頻繁な計器の再較正は低減されると同時に、フィルムはサンプル保持チャンバ内の圧力を維持する。テスト・チャンバ内の圧力を維持することは、以下で説明するように、サンプル内での気泡形成の可能性を低減させることを含み、様々な理由で望ましい場合がある。
【0019】
図2に示されるように、レオメータ30は、上部ハウジング72及び上部ダイ32を備える上部ダイ・アセンブリを含む。上部ハウジング72は上部シーリング板36を含み、上部ダイ32を取り囲んでいる。下部ダイ・アセンブリは、下部ハウジング74及び下部ダイ34を備える。下部ハウジング74は下部シーリング板38を含み、下部ダイ34を取り囲んでいる。ダイ32、34の対向する面61、62は、開位置と閉位置との間で互いに対して軸方向に移動可能である。環状シール40が、下部シーリング板38の軸方向に延在する面の溝内に着座し、下部ダイ34と接触している。
【0020】
図3で最も明瞭に見られるように、小さなほぼ円周方向のギャップ58が、上部シーリング板36と上部ダイ32とを分離する。したがって、上部ダイ32に印加される力は上部シーリング板36に伝達されない。これによりトルク変換器110は、下部ダイ34が回転する際に上部ダイと下部ダイ34との間に配置されたサンプルによって上部ダイ32に印加されるトルクを、正確に測定することができる。いくつかの実施形態では、ギャップ58は0.005から0.008インチ(0.0127cmから0.0203cm)の間とすることができる。本態様はこの点で限定されておらず、漏れを生じさせない任意の好適なギャップ・サイズが使用可能である。代替又は追加として、ギャップ58は、上部ダイ32と、保持リング44及び/又はバッキング要素42とを分離することもできる。
【0021】
上部シーリング板36と上部ダイ32との間のこのギャップ58をブリッジするために、フィルム50が、上部ダイ・アセンブリと下部ダイ・アセンブリとの間に位置決めされる。フィルム50の存在は、大気圧からサンプル保持チャンバ66をシールするために働き、テスト中、サンプル保持チャンバ66を加圧されたままにすることができる。加圧されたサンプル保持チャンバ66を維持することで、測定を歪曲させる気泡の形成を防ぐのに役立つ。
【0022】
非粘着性及び熱的特徴を有する様々なポリマー・フィルム、例えば芳香族ポリエステル、ポリアミド、及びポリイミドが、フィルム50に使用可能である。ある混合ポリイミド/ポリアミド、又はポリエステル・エーテル・ケトン・フィルム、例えばカプトン・ポリイミド・フィルムも使用可能である。加えて金属化ポリマー・フィルム、並びにある金属フィルム又はホイルも使用可能である。いくつかの実施形態において、CHANGSHU HUACHIANG CH250が使用可能である。いくつかの実施形態において、DUPONT KAPTON 100HNが使用可能である。
【0023】
いくつかの実施形態において、フィルムは、機械方向に175〜215MPa及び横方向に225〜275MPaの範囲の破断点引っ張り強さ、両方向に85〜105MPaの範囲の降伏応力、並びに、機械方向に110〜140%及び横方向に70〜90%の範囲の破断点伸びを有することができる。これらの値は、摂氏23度、50%の相対湿度、及び毎分50%の歪み速度で実施される、ASTM法D−882−83によって決定される。いくつかの実施形態において、フィルムは、機械方向に139MPa及び横方向に120MPaの破断点引っ張り強さ、69MPaの降伏応力、並びに40%の破断点伸びを有することができる。
【0024】
様々な厚みのフィルムが使用可能である。いくつかの実施形態において、フィルムは15〜50マイクロメートルの範囲の厚みを有する。いくつかの実施形態において、フィルムは20〜25マイクロメートルの範囲の厚みを有する。いくつかの実施形態において、フィルムは15〜100マイクロメートルの範囲の厚みを有する。いくつかの実施形態において、フィルムは25マイクロメートルの厚みを有する。
【0025】
フィルムは、上部と下部のダイ・アセンブリ間に挟むことができる。いくつかのケースにおいて、フィルムは各テスト後に交換することができる。いくつかの実施形態において、第1のフィルムがサンプルと上部ダイ・アセンブリとを分離するために使用され、第2のフィルムがサンプルと下部ダイ・アセンブリとを分離するために使用される。他の実施形態において、フィルムはサンプルと上部ダイ・アセンブリとを分離するために使用されると同時に、フィルムはサンプルと下部ダイ・アセンブリとを分離するためには使用されない。
【0026】
フィルムが、サンプル保持チャンバを加圧された状態で維持するために使用される場合、テスト中のフィルムとダイ・ハウジングとの間の接触は、測定を歪曲させ不正確な結果につながる抵抗を生み出す。一実施形態において、フィルムとダイ・ハウジングとの間のこの抵抗は、フィルムとダイ・ハウジングとの間のバッキング要素の存在によって低減される。フィルムとハウジングとの間の接触を防ぐために、バッキング要素は、フィルムがハウジングの代わりにバッキング要素とインターフェースするようにハウジングと協働する。
【0027】
一実施形態において、図2に見られるように、バッキング要素42は上部ハウジング72と協働する環状部材であり、上部シーリング板36の溝内に着座する。上部シーリング板36は上部ハウジング72の一部を形成する。
【0028】
図3で最も良く見られるように、バッキング要素42は上部ダイ・ハウジング72の上部シーリング板36と協働する。サンプル保持チャンバ66を形成するために上部及び下部のダイ32、34が閉位置にある場合、フィルム50は除去され、サンプル保持チャンバ66に最も近いバッキング要素42の一部がサンプル保持チャンバ66とインターフェースするように、バッキング要素42が位置決めされる。
【0029】
フィルム50が上部と下部のダイ32、34の間に位置決めされると、バッキング要素42は、上部ダイ32の対向する面61を取り囲む領域内で、フィルム50と上部ダイ・ハウジング72の上部シーリング板36との間に位置決めされる。バッキング要素42の存在によって、上部ダイ32の対向する面61を取り囲む領域内でのフィルム50と上部シーリング板36との間の接触は低減され、いくつかの実施形態では排除され、それによって、フィルム50と上部シーリング板36との間の抵抗力の生成を低減させる。代わりに、テスト中にフィルム50がバッキング要素42に対して移動する場合、フィルム50はバッキング要素42と接触する。いくつかの実施形態において、バッキング要素42は、上部ダイ32の対向する面61を取り囲む領域内でフィルム50がバッキング要素42と接触できるようにのみ、位置することができる。
【0030】
バッキング要素42は、バッキング要素の摩耗を避けるために上部ダイから離間される。一実施形態において、図3で最も良く見られるように、バッキング要素42は上部ダイ32からギャップ58だけ離間される。上部シーリング板36に対する上部ダイ32の回転中、バッキング要素42は上部ダイ32と接触しない。上部ダイ32とのその隔離によって、バッキング要素42は、従来のレオメータ・シールを摩耗させる可能性のある摩擦力を受けることがない。更にフィルム50は、サンプルがテスト・プロセス中にバッキング要素42と接触しないように、バッキング要素42とサンプル保持チャンバ66とを分離する。
【0031】
バッキング要素42は、任意の好適な配置構成で上部シーリング板36と協働することができる。いくつかの実施形態において、バッキング要素42は、上部シーリング板36の円周溝55内でのバッキング要素42の干渉はまりによって、上部シーリング板36に対して配設された状態を維持することができる。代替又は追加として、バッキング要素42と上部シーリング板36との間の接触を維持するために、他の好適な保持配置構成を使用することができる。いくつかの実施形態において、リテーナが、バッキング要素とハウジングとの間の接触を維持するために役立つ。リテーナは、ダイ・ハウジングに対するバッキング要素の移動を防ぐために、バッキング要素に対して保持力を働かせる。図2に示された実施形態において、保持リング44は上部ダイ・ハウジング72と協働し、保持リング44と上部シーリング板36との間のバッキング要素42を圧縮することによってバッキング要素42に対して保持力を働かせる。図2〜図3に示されるように、バッキング要素42の一部が保持リング44と上部シーリング板36との間に配置される。
【0032】
保持リング44は、任意の好適な方法で上部シーリング板36に固定することができる。ファスナ46を使用して、保持リング44を上部シーリング板36に取り付けることができる。ねじ又は他の好適なハードウェアなどの任意の好適なファスナを使用して、保持リング44を上部シーリング板36に取り付けることができる。いくつかの実施形態において、保持リング44はファスナを使用せず、例えば干渉はまり、あり継手、又は他の好適な配置構成を介して、上部シーリング板36に取り付けることができる。
【0033】
いくつかの実施形態において、小型及び/又は合理的な構成を達成するために、保持リング44は上部シーリング板36と協働して単一の単体の本体又は形状を形成することができる。保持リング44は、保持リング44の表面45が上部シーリング板36の表面37と同一平面になるように、したがって保持リング44及び上部シーリング板36が組み合わされて単一の単体形状を形成するように、上部シーリング板36と協働することができる。いくつかの実施形態において、上部シーリング板36は、上部シーリング板及びリテーナが単一の構成要素を形成するように、リテーナと一体的に形成されることが可能である。
【0034】
もちろん、バッキング要素42は上部シーリング板36と協働して、上部シーリング板36との接触を維持するか、又は任意の好適な手段によって、上部シーリング板36に対してその他の形で配設されることが可能であるが、この態様はこの点で限定されないことを理解されたい。例えばバッキング要素42は、干渉はまりのみにより、上部シーリング板36によって保持することができる。別の例として、バッキング要素42はファスナによって上部シーリング板36に直接取り付けることができる。代替又は追加として、バッキング要素42は上部シーリング板36のくぼみ又は溝内に単に着座し、干渉はまり無しで上部シーリング板36に対する配設を維持することができる。更に他の実施形態において、バッキング要素は適所に粘着することができる。
【0035】
図2及び図3は、トルク変換器に結合されたダイのみでの、単一のバッキング要素、フィルム、及びリテーナ配置構成を示す。代替又は追加として、駆動機構に結合されたダイで、同じか又は同様のバッキング要素、フィルム、及びリテーナ配置構成を使用することができる。例えば一実施形態において、図2〜図3に示された下部ダイ34の環状シール40は、上部ダイ32で使用されるものと同様のバッキング・リング、フィルム、及びリテーナ配置構成に置き換えられる。
【0036】
バッキング要素42の材料は、サンプル・チャンバ内の材料と共に屈曲できるように選択することができる。バッキング要素は任意の好適なエラストマから作成可能である。
【0037】
バッキング要素42の材料は、フィルム50とバッキング要素42との間の滑り接触が、フィルム50と上部シーリング板36との間の滑り接触よりも少ない抵抗力を生み出すように選択することもできる。バッキング要素は、それとフィルムとの間の粘着を回避するために、十分な潤滑性の材料で作成される。例えばバッキング要素は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、又はフルオロエラストマなどの任意の好適なエラストマで作成することができる。加えてバッキング要素は、グラファイト又はベアリング・タイプの材料などの、抵抗を低減できる他の材料で作成することが可能である。
【0038】
次に、例示的レオメータの追加の機能について考察する。上部ダイ・アセンブリ及び下部ダイ・アセンブリは、開位置と閉位置との間で互いに対して軸方向に移動可能である。図2に示された閉位置を達成するために、上部及び下部のダイ・アセンブリは、ダイ32、34の対向する面61及び62が材料サンプルを保持するためにサンプル保持チャンバ66を画定するように、互いの方へ移動される。サンプル保持チャンバ66は、所定の形状及び容積を有することができる。上部及び下部のダイ・アセンブリが、開位置へと互いに離れる方向に移動される場合、サンプルは上部と下部のダイ32、34の間に挿入するか、又はこの間から除去することができる。別の実施形態によれば、サンプルはレオメータ内に注入することができる。
【0039】
図2で見られるように、ダイ32、34の対向する面61及び62は、放射状の溝63を有する浅い上部が平坦な円錐(すなわち、双円錐板)の形である。したがって、サンプル保持チャンバ66内のサンプルは、中央の薄い平坦な円形部分と、放射状に外側に向かって厚みが増していく外側部分と、を有する。対向する面61及び62は、一般に平面(すなわち平行板)を含む、他の構成を有し得ることを理解されたい。双円錐板構成は典型的にはゴム材料に使用されるが、平板構成は典型的にはゴム、プラスチック材料、又は樹脂含浸ファイバのいずれかに使用される。
【0040】
サンプル保持チャンバ内で保持されるサンプルにせん断力を付与するために、一方のダイが他方のダイに対して移動することができる。図2の例示的実施形態では、上部ダイ32は固定されるが、下部ダイ34は回転のための駆動機構100に結合される。他の実施形態では、上部ダイ32は移動用に構成され得、下部ダイ34は固定され得るが、本発明はこの点で限定されないことを理解されたい。駆動機構100は、下部ダイ34の移動を行うために知られた様式で下部ダイ34に結合される。様々な構成要素を使用してダイの移動を生成することができるが、本発明はそのように限定されないことを理解されたい。移動するダイ34によって生まれ印加される回転せん断力は、発振又は連続的であり、所定の振幅及び周波数を有することができる。一実施形態によれば、印加されるせん断力は、およそ弧度+/−0.1°から弧度+/−180°の範囲の発振振幅、並びにおよそ0.001Hzから50Hzの範囲の発振周波数である。しかしながら本発明は、材料サンプルへの特定タイプのせん断力の印加に限定されないことを理解されたい。他の振幅及び周波数範囲が使用可能であることが企図され、本発明はそれには限定されない。一実施形態において、下部ダイは一方向に連続的に回転可能である。別の実施形態において、応力緩和テストが使用可能であり、ここで下部ダイは一方向に短時間高速で移動した後停止する。サンプル保持チャンバ内に保持されるサンプル上のトルクを測定するために、トルク変換器にレオメータが結合される。図2の例示的実施形態では、トルク変換器110が知られた様式で固定上部ダイ32に結合される。別の実施形態では、トルク変換器110は、他の好適な構成要素に、及び/又は測定可能な歪み又はトルクを経験することになる他の好適な位置で、結合可能であるが、本態様はそのように限定されない。様々なタイプのトルク変換器又は他の好適なデバイス及び/又は配置構成を使用してサンプル上のトルクを測定可能であり、本態様はこの点で限定されないことを理解されたい。
【0041】
測定されたサンプル上に結果として生じるトルクは、特定の印加されたせん断力に対するサンプル材料の特定の反応のインジケーションであり得る。サンプル材料のプロセス特徴は、測定されたトルクから導出することができる。例えばサンプル材料の弾性トルク、粘着性、又は損失トルク及び係数は、サンプル上で測定された複合トルク、回転の周波数及び振幅、並びにダイの寸法を用いた計算に基づいて決定することができる。任意の好適な方法が採用可能であるため、本明細書では詳細には説明しない。
【0042】
材料のプロセス特徴は、温度、周波数、及び/又は歪みの変化によって大幅に変化する可能性がある。材料サンプルを適切に特徴付けるために、いくつかの異なる周波数、歪み、及び温度でのテストが必要な可能性がある。一実施形態において、特定のテストに望ましい周波数、歪み、及び温度を、レオメータとインターフェースするコンピュータにプログラミングすることができる。
【0043】
いくつかのテスト配置構成において、材料サンプルは、サンプルがレオメータ・ダイに適合するように加熱することができる。サンプルは、ある温度で材料の様々なプロセス特徴をテストするために加熱することもできる。サンプルの温度を制御するために、加熱器及び温度センサを提供することができる。一般に、材料が柔らかいほどサンプル上のトルクは低くなる。しかしながら、材料が溶融又は半溶融状態からより固体の状態へと冷却されるにつれて、より硬いサンプルの測定されるトルクは増加する。図2に例示されるように、サンプルの温度を測定し、制御を支援するために、1つ又は複数のダイ上に温度センサ90を提供することができる。センサは、サンプルの温度をより正確に測定するために、サンプルに接触するダイ表面のより近くに位置決めすることができる。
【0044】
従来のレオメータの他の機能を、本明細書で考察するレオメータ及びシールレス・レオメータ・ダイ・アセンブリに関連して使用することができる。こうした追加の機能は、当業者であれば容易に明らかとなろう。
【0045】
これらの列挙された目的の1つ又は任意の組み合わせが取得可能であるが本発明はこの点で限定されないこと、及び、本発明はそれらすべてを達成するダイ・アセンブリに限定されないことを理解されたい。加えて、本発明はこれら目的のうちのいずれかを達成することに限定されない。代わりに前述のように、望ましい結果は、過去に利用可能であったよりも少ない計器の再較正及びシール交換を伴う、より正確な測定を取得している。
【0046】
本明細書で説明するダイ・アセンブリは、前述の機能のうちの1つ又は複数を用いて形成され得ることを理解されたい。前述の態様及び機能は、任意の好適な組み合わせで採用可能であるが、本発明はこの点で限定されない。図面は、本発明の様々な実施形態に組み込むことが可能な様々な構成要素及び機能を示していることも理解されたい。簡略化のために、図面のうちのいくつかは、複数のオプションの機能又は構成要素を示している場合がある。しかしながら、本発明は図面に開示された特定の実施形態に限定されない。いくつかの実施形態は、いずれか1つの図面に例示された構成要素の一部のみを含むこと、及び/又は、複数の異なる図面に例示された構成要素を組み合わせる実施形態を包含することも、可能であることを認識されたい。
【0047】
本発明の様々な実施形態の前述の説明は、それらの単なる例示であることが企図されること、並びに、本発明の他の実施形態、修正、及び等価物が添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内にあることを理解されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】