JP2002022630A - 高スループットの材料の物理特性測定装置及びこれを用いた測定方法 - Google Patents
高スループットの材料の物理特性測定装置及びこれを用いた測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高いスループットの組み合わせライブラリの
スクリーニング用多目的装置等を提供する。 【解決手段】 この装置は、ライブラリの構成要素を保
持するサンプルホルダと、独立したライブラリ構成要素
を機械的に摂動するプローブの配列と、ライブラリ構成
要素それぞれの機械的摂動に対する応答を測定するセン
サの配列とを含む。スクリーニング中、この装置は、サ
ンプル配列（サンプルホルダ）とプローブの配列とを置
換することにより、独立したライブラリ構成要素を機械
的に摂動する。ヤング率（曲げ、一軸延伸、二軸圧縮、
剪断）、硬度（インデンテーション）、破壊（破壊時の
応力と歪み、靭性）、接着（タック性、ループタック
性）、及び流れ（粘度、メルトフローインデックス、レ
オロジー）その他を含む、多数の異なるバルクな物理特
性に基づいて、材料サンプルをスクリーニングする。
スクリーニング用多目的装置等を提供する。 【解決手段】 この装置は、ライブラリの構成要素を保
持するサンプルホルダと、独立したライブラリ構成要素
を機械的に摂動するプローブの配列と、ライブラリ構成
要素それぞれの機械的摂動に対する応答を測定するセン
サの配列とを含む。スクリーニング中、この装置は、サ
ンプル配列（サンプルホルダ）とプローブの配列とを置
換することにより、独立したライブラリ構成要素を機械
的に摂動する。ヤング率（曲げ、一軸延伸、二軸圧縮、
剪断）、硬度（インデンテーション）、破壊（破壊時の
応力と歪み、靭性）、接着（タック性、ループタック
性）、及び流れ（粘度、メルトフローインデックス、レ
オロジー）その他を含む、多数の異なるバルクな物理特
性に基づいて、材料サンプルをスクリーニングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械的摂動と環境
条件との関数として、配列した材料の物理特性を決定す
るための装置及び方法に関する。
条件との関数として、配列した材料の物理特性を決定す
るための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】組み合わせ化学は、一般的に、通常ライ
ブラリとして知られた、種々の材料あるいは化合物の集
合体を作成するための方法及び材料に関連する、さらに
望ましい特性を得るライブラリを評価し、あるいはスク
リーニングするための技術及び装置に関連する。
ブラリとして知られた、種々の材料あるいは化合物の集
合体を作成するための方法及び材料に関連する、さらに
望ましい特性を得るライブラリを評価し、あるいはスク
リーニングするための技術及び装置に関連する。
【０００３】科学者は、組み合わせ研究を成功させるた
めには、効率的なスクリーニング技術が必要であると実
感している。しかし、組み合わせ化学の本来の業務の多
くは、生物学的に活性な化合物に焦点を当てていたの
で、初期の研究者は、典型的には、スクリーニング方法
として、従来の生物学的分析を採用した。これらは、サ
ンプル調製を殆どあるいは全く必要とせず、さらに組み
合わせ合成により一般的に製造される少量のサンプル量
（ｍｇ以下）を使用して、有益な結果を得ることができ
るので、これらの分析の多くは、組み合わせライブラリ
をスクリーニングするには、理論的に適している。
めには、効率的なスクリーニング技術が必要であると実
感している。しかし、組み合わせ化学の本来の業務の多
くは、生物学的に活性な化合物に焦点を当てていたの
で、初期の研究者は、典型的には、スクリーニング方法
として、従来の生物学的分析を採用した。これらは、サ
ンプル調製を殆どあるいは全く必要とせず、さらに組み
合わせ合成により一般的に製造される少量のサンプル量
（ｍｇ以下）を使用して、有益な結果を得ることができ
るので、これらの分析の多くは、組み合わせライブラリ
をスクリーニングするには、理論的に適している。
【０００４】しかし、研究者は、著名な非生物学的材料
を開発するために、組み合わせ技術を採用し始めるにと
もなって、彼らは、徐々に、材料を評価するための従来
の装置及び方法は、しばしばスクリーニングには十分で
はないことがわかった。例えば、粘度計、レオメータ、
動的分析計等の材料の物理特性を評価する装置は、一般
的には、スクリーニング目的には適さない、何故なら、
それらは、一度に１つのサンプルを処理するように設計
されているからである。これらのシリアル装置のスルー
プット（時間処理量）は、自動化により向上するけれど
も、多数の機械特性測定装置は、時間のかかるサンプル
調製を必要とし、高速研究プログラムの中で、普通に準
備されるよりも多くのサンプルを要求し、さらに、スク
リーニング手段としての使用には、これらの装置を実用
的ではないようにする緩慢な環境制御を呈する。さら
に、高分子、セラミックスあるいは他の工業材料の機械
特性の測定に関連する長い時間スケールは、しばしば、
スクリーニング方法としては、シリアル手法を不適当と
する。
を開発するために、組み合わせ技術を採用し始めるにと
もなって、彼らは、徐々に、材料を評価するための従来
の装置及び方法は、しばしばスクリーニングには十分で
はないことがわかった。例えば、粘度計、レオメータ、
動的分析計等の材料の物理特性を評価する装置は、一般
的には、スクリーニング目的には適さない、何故なら、
それらは、一度に１つのサンプルを処理するように設計
されているからである。これらのシリアル装置のスルー
プット（時間処理量）は、自動化により向上するけれど
も、多数の機械特性測定装置は、時間のかかるサンプル
調製を必要とし、高速研究プログラムの中で、普通に準
備されるよりも多くのサンプルを要求し、さらに、スク
リーニング手段としての使用には、これらの装置を実用
的ではないようにする緩慢な環境制御を呈する。さら
に、高分子、セラミックスあるいは他の工業材料の機械
特性の測定に関連する長い時間スケールは、しばしば、
スクリーニング方法としては、シリアル手法を不適当と
する。
【０００５】それに加えて、競争圧力は、科学者に、ス
クリーニング手段を継続的に拡張することを強制する。
組み合わせ手法は、従来の発見方法のように、僅かの時
間で著名な材料を開発することを許容するので、多くの
材料科学者は、この組み合わせ手法を採用する。このこ
とは、研究者が、より広範囲な材料設計に取り組み、究
極的には、材料特性を改善することにつながる、広範な
物性を考慮することを許容する。もちろん、新しい材料
設計への挑戦と、それに伴うスクリーニング基準とは、
分離した装置として購入された場合に、研究所は、組み
合わせ手法によるコスト削減を促進する可能性のある、
さらなるスクリーニング手段を必要とすることを意味す
る。
クリーニング手段を継続的に拡張することを強制する。
組み合わせ手法は、従来の発見方法のように、僅かの時
間で著名な材料を開発することを許容するので、多くの
材料科学者は、この組み合わせ手法を採用する。このこ
とは、研究者が、より広範囲な材料設計に取り組み、究
極的には、材料特性を改善することにつながる、広範な
物性を考慮することを許容する。もちろん、新しい材料
設計への挑戦と、それに伴うスクリーニング基準とは、
分離した装置として購入された場合に、研究所は、組み
合わせ手法によるコスト削減を促進する可能性のある、
さらなるスクリーニング手段を必要とすることを意味す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このため、組み合わせ
ライブラリのスクリーニング用多目的装置及び方法、特
に材料の物理特性測定用装置及び方法に対する必要性が
存在する。本発明は、少なくとも部分的には、この必要
性を満足する。
ライブラリのスクリーニング用多目的装置及び方法、特
に材料の物理特性測定用装置及び方法に対する必要性が
存在する。本発明は、少なくとも部分的には、この必要
性を満足する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の観点に係る複数の材料サンプルの物
理特性測定装置は、複数の材料サンプルを保持するため
の着脱可能なサンプルホルダと、１つの端部を有し、前
記材料サンプルを機械的に摂動する、少なくとも１つの
プローブと、前記材料サンプルが、前記少なくとも１つ
のプローブに接触するように、当該端部の法線方向に、
前記材料サンプルを移動させる、前記着脱可能なサンプ
ルホルダに接続された少なくとも１つのアクチュエータ
と、前記少なくとも１つのプローブによる機械的摂動に
対する前記材料サンプルの応答をモニタする、少なくと
も１つのセンサと、を備える、ことを特徴とする。
め、本発明の第１の観点に係る複数の材料サンプルの物
理特性測定装置は、複数の材料サンプルを保持するため
の着脱可能なサンプルホルダと、１つの端部を有し、前
記材料サンプルを機械的に摂動する、少なくとも１つの
プローブと、前記材料サンプルが、前記少なくとも１つ
のプローブに接触するように、当該端部の法線方向に、
前記材料サンプルを移動させる、前記着脱可能なサンプ
ルホルダに接続された少なくとも１つのアクチュエータ
と、前記少なくとも１つのプローブによる機械的摂動に
対する前記材料サンプルの応答をモニタする、少なくと
も１つのセンサと、を備える、ことを特徴とする。
【０００８】この構成によれば、材料サンプルの配列を
保持する可動サンプルホルダと、材料サンプルの配列を
機械的に摂動するプローブ配列とを有する。この装置
は、また、可動サンプルホルダとプローブ配列とを移動
させるアクチュエータを有する。このアクチュエータ
は、材料サンプルがプローブと接触するように、プロー
ブの端部により定義される面と法線方向に材料サンプル
の配列を移動させる。さらに、この装置は、プローブに
よる機械的摂動に対する材料の応答をモニタするための
センサを有する。
保持する可動サンプルホルダと、材料サンプルの配列を
機械的に摂動するプローブ配列とを有する。この装置
は、また、可動サンプルホルダとプローブ配列とを移動
させるアクチュエータを有する。このアクチュエータ
は、材料サンプルがプローブと接触するように、プロー
ブの端部により定義される面と法線方向に材料サンプル
の配列を移動させる。さらに、この装置は、プローブに
よる機械的摂動に対する材料の応答をモニタするための
センサを有する。
【０００９】上記目的を達成するため、本発明の第２の
観点に係る材料の組み合わせライブラリのスクリーニン
グシステムは、複数の材料サンプルの配列と、１つの端
部を有する、前記複数の材料サンプルを機械的に摂動す
る少なくとも１つのプローブと、前記材料サンプルが、
前記少なくとも１つのプローブに接触するように、当該
端部の法線方向に、当該複数の材料サンプルを移動させ
る、少なくとも１つのアクチュエータと、前記少なくと
も１つのプローブによる機械的摂動に対する前記材料サ
ンプルの配列の応答をモニタする、少なくとも１つのセ
ンサと、を備える、ことを特徴とする。
観点に係る材料の組み合わせライブラリのスクリーニン
グシステムは、複数の材料サンプルの配列と、１つの端
部を有する、前記複数の材料サンプルを機械的に摂動す
る少なくとも１つのプローブと、前記材料サンプルが、
前記少なくとも１つのプローブに接触するように、当該
端部の法線方向に、当該複数の材料サンプルを移動させ
る、少なくとも１つのアクチュエータと、前記少なくと
も１つのプローブによる機械的摂動に対する前記材料サ
ンプルの配列の応答をモニタする、少なくとも１つのセ
ンサと、を備える、ことを特徴とする。
【００１０】この構成によれば、材料サンプルの配列
と、サンプルを機械的に摂動するためのプローブとを有
する。試験する物理特性により、配列は、可撓性のあ
る、または硬い基板上の予め定められた領域に蒸着した
材料、あるいは、一群の容器に収容された材料を有す
る。このシステムは、また、材料サンプルがプローブと
接触するように、プローブの端部により定義される面と
法線方向に材料サンプルの配列を移動させるアクチュエ
ータを有する。このシステムは、さらに、プローブによ
る機械的摂動に対する材料の応答をモニタするためのセ
ンサを有する。
と、サンプルを機械的に摂動するためのプローブとを有
する。試験する物理特性により、配列は、可撓性のあ
る、または硬い基板上の予め定められた領域に蒸着した
材料、あるいは、一群の容器に収容された材料を有す
る。このシステムは、また、材料サンプルがプローブと
接触するように、プローブの端部により定義される面と
法線方向に材料サンプルの配列を移動させるアクチュエ
ータを有する。このシステムは、さらに、プローブによ
る機械的摂動に対する材料の応答をモニタするためのセ
ンサを有する。
【００１１】上記目的を達成するため、本発明の第３の
観点に係る材料の組み合わせライブラリのスクリーニン
グ方法は、複数の材料の少なくとも２つをプローブと接
触させることにより、当該複数の材料の配列を機械的に
摂動し、この機械的摂動に対する前記材料の応答をモニ
タする、ことを特徴とする。
観点に係る材料の組み合わせライブラリのスクリーニン
グ方法は、複数の材料の少なくとも２つをプローブと接
触させることにより、当該複数の材料の配列を機械的に
摂動し、この機械的摂動に対する前記材料の応答をモニ
タする、ことを特徴とする。
【００１２】この方法によれば、少なくとも５つのサン
プルから構成される材料の配列を提供すること、さら
に、少なくとも２つの材料サンプルを同時にプローブに
接触させることにより、材料の配列を機械的に摂動する
こととを含む。さらに、この方法は、機械的摂動中のサ
ンプルの応答をモニタすることを含む。機械的摂動の形
式により、多数の異なるバルクな物理特性の測定に基づ
いて、この方法は、材料のライブラリをスクリーニング
する。例えば、この発明の方法は、曲げ、一軸引張、二
軸圧縮、剪断を含む、ヤング率（弾性率）に関連する物
理特性を測定することができる。さらに、この方法は、
硬度（圧入）、破断（破断時の応力と歪、靭性）、接着
（粘着性、ループ粘着性）及び流れ（粘度、メルトフロ
ーインデックス及びレオロジー）に関連する物理特性を
測定することができる。
プルから構成される材料の配列を提供すること、さら
に、少なくとも２つの材料サンプルを同時にプローブに
接触させることにより、材料の配列を機械的に摂動する
こととを含む。さらに、この方法は、機械的摂動中のサ
ンプルの応答をモニタすることを含む。機械的摂動の形
式により、多数の異なるバルクな物理特性の測定に基づ
いて、この方法は、材料のライブラリをスクリーニング
する。例えば、この発明の方法は、曲げ、一軸引張、二
軸圧縮、剪断を含む、ヤング率（弾性率）に関連する物
理特性を測定することができる。さらに、この方法は、
硬度（圧入）、破断（破断時の応力と歪、靭性）、接着
（粘着性、ループ粘着性）及び流れ（粘度、メルトフロ
ーインデックス及びレオロジー）に関連する物理特性を
測定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態にかかる高ス
ループットの材料の物理特性測定装置等について、以下
図面を参照して説明する。
ループットの材料の物理特性測定装置等について、以下
図面を参照して説明する。
【００１４】本発明は、機械的摂動に対する独立したラ
イブラリ構成要素の応答を測定することにより、材料の
組み合わせライブラリをスクリーニングするシステム及
び方法から構成される。全体として、この明細書にした
がって、材料の組み合わせライブラリの構成要素の数
は、実行する実施形態により異なる可能性がある。一般
的に、材料の配列は、特性測定用に所望の複数の材料か
ら構成される。ある実施例においては、材料の配列は、
８以上、１６以上、２４以上、４８以上の、それぞれ異
なる材料から構成される。材料の配列とそのような配列
を作成する方法とは、例えば、米国特許番号６００４６
１７号、同６０３０９１７号及び米国特許申請番号０９
／２２７５５８号、１９９９年１月８日出願に、詳細に
記載されており、これらの全てがあらゆる目的のため
に、ここで参照により引用される。配列中の材料は、特
性測定に望ましい、いかなるタイプの材料であっても良
い。例えば、配列中に存在できる材料のタイプは、非生
物学的高分子（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリメタアクリル酸、ポリアクリル
アミド、ポリメチルメタアクリレート、その類似物、さ
らにコポリマーあるいは同一のモノマーの高次の高分
子）、金属（あらゆるタイプの合金を含む）、複合材料
等を含む。配列中の材料は、非晶質、結晶性、及びこれ
らの混合物を含む。材料のタイプに関する唯一の制約
は、ここで記載する特性試験と互換性のある方法で蒸着
し得る材料でなければならないということである。当業
者は、この明細書から、配列の構成要素が同一または異
なる材料であっても良いことを評価する。さらに、基準
物質（較正用標準物質）またはブランクは、既知の科学
的目的に対する配列中で使用される。配列の構成要素の
特性を相対的に比較することは、この発明の特に有効な
実施例である。
イブラリ構成要素の応答を測定することにより、材料の
組み合わせライブラリをスクリーニングするシステム及
び方法から構成される。全体として、この明細書にした
がって、材料の組み合わせライブラリの構成要素の数
は、実行する実施形態により異なる可能性がある。一般
的に、材料の配列は、特性測定用に所望の複数の材料か
ら構成される。ある実施例においては、材料の配列は、
８以上、１６以上、２４以上、４８以上の、それぞれ異
なる材料から構成される。材料の配列とそのような配列
を作成する方法とは、例えば、米国特許番号６００４６
１７号、同６０３０９１７号及び米国特許申請番号０９
／２２７５５８号、１９９９年１月８日出願に、詳細に
記載されており、これらの全てがあらゆる目的のため
に、ここで参照により引用される。配列中の材料は、特
性測定に望ましい、いかなるタイプの材料であっても良
い。例えば、配列中に存在できる材料のタイプは、非生
物学的高分子（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリメタアクリル酸、ポリアクリル
アミド、ポリメチルメタアクリレート、その類似物、さ
らにコポリマーあるいは同一のモノマーの高次の高分
子）、金属（あらゆるタイプの合金を含む）、複合材料
等を含む。配列中の材料は、非晶質、結晶性、及びこれ
らの混合物を含む。材料のタイプに関する唯一の制約
は、ここで記載する特性試験と互換性のある方法で蒸着
し得る材料でなければならないということである。当業
者は、この明細書から、配列の構成要素が同一または異
なる材料であっても良いことを評価する。さらに、基準
物質（較正用標準物質）またはブランクは、既知の科学
的目的に対する配列中で使用される。配列の構成要素の
特性を相対的に比較することは、この発明の特に有効な
実施例である。
【００１５】この明細書を通じて、詳細に論じる特定の
実施例は、９６の（サンプルが）並列する実施例であ
る。この特定の好適な実施例は、この発明の他の実施例
においては、必要ではない可能性がある、多くの詳細な
特徴を有する。例えば、力学的センサは、サンプルから
離れて配置され、所定の間隔でセットされる。例えば、
センサを他の間隔で配置し、実質的に１つの平面内にセ
ンサを配置せず、さらにサンプルをセンサから離して配
置しない（例えば、統合されたプローブとセンサとを使
用して）ことにより、当業者は、容易に他の実施例用に
設計パラメータを改良することができる。これらは、本
発明に対する設計上の選択であり、本発明の他の実施例
を説明する。
実施例は、９６の（サンプルが）並列する実施例であ
る。この特定の好適な実施例は、この発明の他の実施例
においては、必要ではない可能性がある、多くの詳細な
特徴を有する。例えば、力学的センサは、サンプルから
離れて配置され、所定の間隔でセットされる。例えば、
センサを他の間隔で配置し、実質的に１つの平面内にセ
ンサを配置せず、さらにサンプルをセンサから離して配
置しない（例えば、統合されたプローブとセンサとを使
用して）ことにより、当業者は、容易に他の実施例用に
設計パラメータを改良することができる。これらは、本
発明に対する設計上の選択であり、本発明の他の実施例
を説明する。
【００１６】当業者は、本発明の特定用途の必要性に応
じて、低いあるいは高いスループット（時間処理量）を
実現できることを認識するであろう。このため、８以
上、１６以上、２４以上あるいは４８以上の並列な試験
プローブは、本発明の範囲に含まれる。これらのプロー
ブは、同一の試験固定具あるいは多数の試験固定具に、
その全てが存在するようにしても良い。また、ここで述
べる異なる形式のプローブは、単一の試験固定具に含ま
れても良い。スループットに関しては、単一の材料（即
ち、１つのサンプル）は、同時に測定される、１０以下
異なる特性を有することができる。さらに、９６までの
材料は、１０分以下で、望ましくは５分以下で、さらに
望ましくは１分以下で、同時に測定される１以上の特性
を有しても良い。ある実施例においては、３０秒以下、
あるいは１０秒以下のスループットは、ここで論じるサ
イズの配列に対して、即ち配列中の９６材料まで達成可
能である。
じて、低いあるいは高いスループット（時間処理量）を
実現できることを認識するであろう。このため、８以
上、１６以上、２４以上あるいは４８以上の並列な試験
プローブは、本発明の範囲に含まれる。これらのプロー
ブは、同一の試験固定具あるいは多数の試験固定具に、
その全てが存在するようにしても良い。また、ここで述
べる異なる形式のプローブは、単一の試験固定具に含ま
れても良い。スループットに関しては、単一の材料（即
ち、１つのサンプル）は、同時に測定される、１０以下
異なる特性を有することができる。さらに、９６までの
材料は、１０分以下で、望ましくは５分以下で、さらに
望ましくは１分以下で、同時に測定される１以上の特性
を有しても良い。ある実施例においては、３０秒以下、
あるいは１０秒以下のスループットは、ここで論じるサ
イズの配列に対して、即ち配列中の９６材料まで達成可
能である。
【００１７】一般的に、サンプルは、独立したサンプル
の位置がわかるように、サンプルホルダの特定の位置あ
るいは領域と対応付けられる。このため、サンプルは、
サンプルホルダにより保持され、サンプルホルダの特定
の位置に配置され、あるいは、サンプルホルダに固定さ
れ（即ち、サンプルホルダが再配置可能であれば）、さ
もなければ、特定の場所に配置され得る。独立したサン
プルの位置を判別する方法は、本発明の問題ではなく、
図解目的のみのサンプルホルダに収容されたサンプルに
基づいて、ここでは論じられている。さらに、一般的に
は、装着手段の望ましい実施例は、種々の部品（クラン
プ、挿入、磁気的結合、スプリング等）に対して記載さ
れるが、当業者は、このことは、単純な設計上の選択の
問題であり、本発明は、詳細に記載された特定の実施例
に限定されないことを認識するであろう。
の位置がわかるように、サンプルホルダの特定の位置あ
るいは領域と対応付けられる。このため、サンプルは、
サンプルホルダにより保持され、サンプルホルダの特定
の位置に配置され、あるいは、サンプルホルダに固定さ
れ（即ち、サンプルホルダが再配置可能であれば）、さ
もなければ、特定の場所に配置され得る。独立したサン
プルの位置を判別する方法は、本発明の問題ではなく、
図解目的のみのサンプルホルダに収容されたサンプルに
基づいて、ここでは論じられている。さらに、一般的に
は、装着手段の望ましい実施例は、種々の部品（クラン
プ、挿入、磁気的結合、スプリング等）に対して記載さ
れるが、当業者は、このことは、単純な設計上の選択の
問題であり、本発明は、詳細に記載された特定の実施例
に限定されないことを認識するであろう。
【００１８】この明細書で使用したように、「機械的摂
動」という語句は、一般的には、ライブラリ構成要素の
制御された歪み及び／又は剪断を意味する。材料の実際
の変位は、小さい可能性がある（例えば、約３０μｍ以
下）。一般的に、システムは、ライブラリ構成要素を保
持あるいは保護するためのサンプルホルダと、独立した
ライブラリ構成要素を機械的に摂動させるための１つ以
上のプローブと、機械的摂動に対するライブラリ構成要
素それぞれの応答を測定するための１つ以上のセンサと
を有する。スクリーニングされているライブラリ構成要
素は、サンプル配列を構成し、独立したライブラリ構成
要素は、サンプルホルダ上の特定の位置に制限されてい
るサンプル配列のエレメントを構成する。システムは、
サイズの異なるライブラリをスクリーニングすることは
できるが、最も好ましい実施例は、標準の９６の凹みを
有するマイクロ滴定プレートと類似して、隣接する配列
エレメントの中心が９ｍｍ離れて配置されている、材料
サンプルの８×１２の矩形配列から構成されるライブラ
リである。
動」という語句は、一般的には、ライブラリ構成要素の
制御された歪み及び／又は剪断を意味する。材料の実際
の変位は、小さい可能性がある（例えば、約３０μｍ以
下）。一般的に、システムは、ライブラリ構成要素を保
持あるいは保護するためのサンプルホルダと、独立した
ライブラリ構成要素を機械的に摂動させるための１つ以
上のプローブと、機械的摂動に対するライブラリ構成要
素それぞれの応答を測定するための１つ以上のセンサと
を有する。スクリーニングされているライブラリ構成要
素は、サンプル配列を構成し、独立したライブラリ構成
要素は、サンプルホルダ上の特定の位置に制限されてい
るサンプル配列のエレメントを構成する。システムは、
サイズの異なるライブラリをスクリーニングすることは
できるが、最も好ましい実施例は、標準の９６の凹みを
有するマイクロ滴定プレートと類似して、隣接する配列
エレメントの中心が９ｍｍ離れて配置されている、材料
サンプルの８×１２の矩形配列から構成されるライブラ
リである。
【００１９】スクリーニング中には、プローブは、サン
プル配列のエレメントと相互に機械的に作用する。ある
実施例においては、独立したプローブとサンプル配列エ
レメントとが１対１に対応するように、プローブは、お
よそサンプル配列のエレメントと同一の横方向の間隔を
有する。さらに、サンプル配列とプローブの端部とは、
２つの平面を定義するので、システムは、２つの平面の
法線方向に、サンプル配列（サンプルホルダ）及び／又
はプローブを置換することにより、サンプル配列エレメ
ントの全てを、同時に摂動することができる。このエレ
メントの全てが同時に摂動を受ける場合には、システム
は、サンプルホルダまたはプローブに装着される直線形
状の移動ステージを含んでも良い。他の実施例では、シ
ステムは、サンプル配列エレメントを個々に、あるいは
グループごとに摂動しても良い。これらの実施例におい
ては、システムは、単一のプローブ、あるいは一群のプ
ローブ、あるいはサンプルホルダに装着される、３次元
動作が可能な移動機構を有するようにしても良い。
プル配列のエレメントと相互に機械的に作用する。ある
実施例においては、独立したプローブとサンプル配列エ
レメントとが１対１に対応するように、プローブは、お
よそサンプル配列のエレメントと同一の横方向の間隔を
有する。さらに、サンプル配列とプローブの端部とは、
２つの平面を定義するので、システムは、２つの平面の
法線方向に、サンプル配列（サンプルホルダ）及び／又
はプローブを置換することにより、サンプル配列エレメ
ントの全てを、同時に摂動することができる。このエレ
メントの全てが同時に摂動を受ける場合には、システム
は、サンプルホルダまたはプローブに装着される直線形
状の移動ステージを含んでも良い。他の実施例では、シ
ステムは、サンプル配列エレメントを個々に、あるいは
グループごとに摂動しても良い。これらの実施例におい
ては、システムは、単一のプローブ、あるいは一群のプ
ローブ、あるいはサンプルホルダに装着される、３次元
動作が可能な移動機構を有するようにしても良い。
【００２０】材料のバルクな（全体としての）物理特性
は、温度、圧力、雰囲気ガス組成（湿度を含む）、電場
及び磁場の強さ等の環境条件に強く依存する可能性があ
るので、スクリーニングシステムは、環境条件を調整す
るための制御システムを含んでも良い。有用な制御シス
テムは、サンプルホルダと、サンプル配列と、プローブ
とを収容する環境チャンバを含む。後述するように、セ
ンサ性能が温度等の環境上の制御変数により影響される
場合には、システムは、センサを環境チャンバの外部に
配置するようにしても良い。
は、温度、圧力、雰囲気ガス組成（湿度を含む）、電場
及び磁場の強さ等の環境条件に強く依存する可能性があ
るので、スクリーニングシステムは、環境条件を調整す
るための制御システムを含んでも良い。有用な制御シス
テムは、サンプルホルダと、サンプル配列と、プローブ
とを収容する環境チャンバを含む。後述するように、セ
ンサ性能が温度等の環境上の制御変数により影響される
場合には、システムは、センサを環境チャンバの外部に
配置するようにしても良い。
【００２１】システムは、機械的摂動を制御し、この機
械的摂動に対するサンプル配列エレメントの応答を取得
し記録するために、汎用のコンピュータ上で実行するソ
フトウェアを使用する。コンピュータソフトウェアは、
環境チャンバ内の条件を調整する。後述するように、ソ
フトウェアの指示の下にある１以上のデータ取得基板
は、コンピュータを、周辺制御エレメント、センサ等に
接続する。
械的摂動に対するサンプル配列エレメントの応答を取得
し記録するために、汎用のコンピュータ上で実行するソ
フトウェアを使用する。コンピュータソフトウェアは、
環境チャンバ内の条件を調整する。後述するように、ソ
フトウェアの指示の下にある１以上のデータ取得基板
は、コンピュータを、周辺制御エレメント、センサ等に
接続する。
【００２２】多目的システムは、多数の異なるバルクな
物理特性に基づいて、材料のライブラリをスクリーニン
グすることができる。例えば、システムは、曲げ、一軸
引張、二軸圧縮、剪断を含む、ヤング率（弾性率）に関
連する物理特性を測定することができる。さらに、シス
テムは、硬度（圧入）、破断（破断時の応力と歪、靭
性）、接着（タック性、ループタック性）及び流れ（粘
度、メルトフローインデックス及びレオロジー）、その
他に関連する物理特性を測定することができる。後述す
るように、システムは、適当なサンプル配列フォーマッ
トとプローブ設計とを選択することにより、多数のスク
リーニング基準と物理特性とから（適当なものを）選択
することができる。
物理特性に基づいて、材料のライブラリをスクリーニン
グすることができる。例えば、システムは、曲げ、一軸
引張、二軸圧縮、剪断を含む、ヤング率（弾性率）に関
連する物理特性を測定することができる。さらに、シス
テムは、硬度（圧入）、破断（破断時の応力と歪、靭
性）、接着（タック性、ループタック性）及び流れ（粘
度、メルトフローインデックス及びレオロジー）、その
他に関連する物理特性を測定することができる。後述す
るように、システムは、適当なサンプル配列フォーマッ
トとプローブ設計とを選択することにより、多数のスク
リーニング基準と物理特性とから（適当なものを）選択
することができる。
【００２３】（並列動的機械分析装置（ＰＤＭＡ））図
１は、機械的摂動に対する材料の応答を測定することに
より、材料のライブラリをスクリーニングするために使
用できる並列動的機械分析装置（ＰＤＭＡ）の斜視図を
示す。ＰＤＭＡ１００は、ライブラリ構成要素を保持
し、あるいは保護するためのサンプルホルダ１０２と、
独立したライブラリ構成要素を摂動するためのプローブ
１０４と、機械的摂動に対するライブラリ構成要素それ
ぞれの応答を測定するためのセンサ１０６（即ち力学的
センサ）とを有する。ライブラリ構成要素は、図示しな
いサンプル配列から構成され、そこでは、独立したライ
ブラリ構成要素がサンプルホルダ１０２上の特定の位置
１０８に制限されるサンプル配列のエレメントから構成
される。図１に示す特定のサンプルホルダ１０２は、そ
の中心が９ｍｍ間隔で配置されている、材料の８×１２
の矩形配列から構成されるサンプル配列を有する。しか
し、一般的には、ＰＤＭＡは、２以上、より好ましく
は、適当なスクリーニング時間処理量を確保するため
に、８以上のエレメントを有するサンプル配列を分析す
ることが可能である。図１においては、明確にするため
に、２つのプローブ１０４しか含まれないが、一般的に
は、ＰＤＭＡ１００は、必要に応じて、例えば、配列中
のサンプルと同数である、多数のプローブ１０４を有す
る。図１に示す実施例においては、プローブ１０４のそ
れぞれは、プローブ１０４が１つのサンプル配列エレメ
ントと対応するように、サンプル配列のエレメントと同
様な横方向の間隔を有する。その代わりに、ＰＤＭＡ
は、サンプル配列エレメントよりも少ないプローブ１０
４を使用することも可能であり、その結果、１つあるい
は１群のプローブは、多数のサンプル配列エレメントを
摂動する。あるいは、サンプルよりも多いプローブが存
在しても良い。
１は、機械的摂動に対する材料の応答を測定することに
より、材料のライブラリをスクリーニングするために使
用できる並列動的機械分析装置（ＰＤＭＡ）の斜視図を
示す。ＰＤＭＡ１００は、ライブラリ構成要素を保持
し、あるいは保護するためのサンプルホルダ１０２と、
独立したライブラリ構成要素を摂動するためのプローブ
１０４と、機械的摂動に対するライブラリ構成要素それ
ぞれの応答を測定するためのセンサ１０６（即ち力学的
センサ）とを有する。ライブラリ構成要素は、図示しな
いサンプル配列から構成され、そこでは、独立したライ
ブラリ構成要素がサンプルホルダ１０２上の特定の位置
１０８に制限されるサンプル配列のエレメントから構成
される。図１に示す特定のサンプルホルダ１０２は、そ
の中心が９ｍｍ間隔で配置されている、材料の８×１２
の矩形配列から構成されるサンプル配列を有する。しか
し、一般的には、ＰＤＭＡは、２以上、より好ましく
は、適当なスクリーニング時間処理量を確保するため
に、８以上のエレメントを有するサンプル配列を分析す
ることが可能である。図１においては、明確にするため
に、２つのプローブ１０４しか含まれないが、一般的に
は、ＰＤＭＡ１００は、必要に応じて、例えば、配列中
のサンプルと同数である、多数のプローブ１０４を有す
る。図１に示す実施例においては、プローブ１０４のそ
れぞれは、プローブ１０４が１つのサンプル配列エレメ
ントと対応するように、サンプル配列のエレメントと同
様な横方向の間隔を有する。その代わりに、ＰＤＭＡ
は、サンプル配列エレメントよりも少ないプローブ１０
４を使用することも可能であり、その結果、１つあるい
は１群のプローブは、多数のサンプル配列エレメントを
摂動する。あるいは、サンプルよりも多いプローブが存
在しても良い。
【００２４】ＰＤＭＡ１００は、サンプル配列とプロー
ブ１０４の端部とを含む表面の法線方向１１４にサンプ
ル配列を置換するための、第１の移動アクチュエータ１
１０と第２の移動アクチュエータ１１２とを有する。第
２のアクチュエータ１１２を囲むハウジング１１６を介
して、サンプルホルダ１０２に装着される、第１の移動
アクチュエータ１１０は、サンプルホルダ１０２の相対
的に粗い変位を提供する。有効な第１の移動アクチュエ
ータ１１０は、２５ｍｍの移動範囲と、０．１μｍの精
度とを有する、商品名Ｍ−１２６のＰＯＬＹＴＥＣ Ｐ
Ｉ社から利用可能な電動式移動ステージを含む。サンプ
ルホルダ１０２に直接装着される第２の移動アクチュエ
ータ１１２は、サンプルホルダ１０２の相対的に細かい
変位を提供する。有効な第２の移動アクチュエータ１１
２は、３０μｍに移動範囲を有し、１００Ｎの押圧力と
２０Ｎの引張力とを提供できる、商品名Ｐ−７５３ Ｌ
ＩＳＡ 線形ＰＺＴステージアクチュエータである、Ｐ
ＯＬＹＴＥＣ ＰＩ社から利用可能な、負荷ピエゾ電子
層を含む。これらの部品に関する他の実施例は、当業者
の応用の範囲内である。ＰＤＭＡ１００は、典型的に
は、図示しない汎用コンピュータにそれぞれ接続されて
いる、ＤＣモータ制御部と、増幅器／位置サーボ制御部
とを使用して、第１の移動アクチュエータ１１０と第２
の移動アクチュエータ１１２とを制御する。これに代わ
る実施例においては、第１の移動アクチュエータ１１０
が、図示しないｘ−ｙ移動ステージに装着され、この移
動ステージは、サンプル配列とプローブ１０４の端部と
を含む表面に、概略平行な方向に、サンプルホルダ１０
２が移動することを許容する。スクリーニング中に、異
なるグループのサンプル配列エレメントを、プローブ１
０４とともに並べるために、サンプルホルダ１０２が横
方向に移動しなければならない場合、即ち、ＰＤＭＡが
サンプル配列エレメントよりも少ないプローブ１０４を
使用し、このプローブ１０４が固定されている場合に、
この後者の実施例は、有効である。
ブ１０４の端部とを含む表面の法線方向１１４にサンプ
ル配列を置換するための、第１の移動アクチュエータ１
１０と第２の移動アクチュエータ１１２とを有する。第
２のアクチュエータ１１２を囲むハウジング１１６を介
して、サンプルホルダ１０２に装着される、第１の移動
アクチュエータ１１０は、サンプルホルダ１０２の相対
的に粗い変位を提供する。有効な第１の移動アクチュエ
ータ１１０は、２５ｍｍの移動範囲と、０．１μｍの精
度とを有する、商品名Ｍ−１２６のＰＯＬＹＴＥＣ Ｐ
Ｉ社から利用可能な電動式移動ステージを含む。サンプ
ルホルダ１０２に直接装着される第２の移動アクチュエ
ータ１１２は、サンプルホルダ１０２の相対的に細かい
変位を提供する。有効な第２の移動アクチュエータ１１
２は、３０μｍに移動範囲を有し、１００Ｎの押圧力と
２０Ｎの引張力とを提供できる、商品名Ｐ−７５３ Ｌ
ＩＳＡ 線形ＰＺＴステージアクチュエータである、Ｐ
ＯＬＹＴＥＣ ＰＩ社から利用可能な、負荷ピエゾ電子
層を含む。これらの部品に関する他の実施例は、当業者
の応用の範囲内である。ＰＤＭＡ１００は、典型的に
は、図示しない汎用コンピュータにそれぞれ接続されて
いる、ＤＣモータ制御部と、増幅器／位置サーボ制御部
とを使用して、第１の移動アクチュエータ１１０と第２
の移動アクチュエータ１１２とを制御する。これに代わ
る実施例においては、第１の移動アクチュエータ１１０
が、図示しないｘ−ｙ移動ステージに装着され、この移
動ステージは、サンプル配列とプローブ１０４の端部と
を含む表面に、概略平行な方向に、サンプルホルダ１０
２が移動することを許容する。スクリーニング中に、異
なるグループのサンプル配列エレメントを、プローブ１
０４とともに並べるために、サンプルホルダ１０２が横
方向に移動しなければならない場合、即ち、ＰＤＭＡが
サンプル配列エレメントよりも少ないプローブ１０４を
使用し、このプローブ１０４が固定されている場合に、
この後者の実施例は、有効である。
【００２５】プローブ１０４のそれぞれは、図１の破線
で示される固体あるいは複合材のシャフト１２０を介し
て、センサ１０６の１つと接触する試験固定具１１８を
含む。それぞれのシャフト１２０は、プローブ試験固定
具１１８をセンサ１０６から分離する分離ブロックモジ
ュール１２４中の開口部１２２を貫通する。明確にする
ために、この実施例のＰＤＭＡ１００は、通常は、１２
の分離ブロックモジュール１２４、即ち、８つのプロー
ブ１０４から構成される各列に対して１つの分離ブロッ
クを含むことができるが、図１は、僅か２つの分離ブロ
ックモジュール１２４を示している。その代わりに、Ｐ
ＤＭＡは、プローブ試験固定具１１８をセンサ１０６か
ら分離するために、単一の分離ブロックモジュール１２
４を有するようにしても良い。信頼性のある測定を行う
ためには、それぞれの試験固定具１１８は、サンプルホ
ルダ１０２上の特定の位置１０８で、対応するサンプル
配列エレメントと接触しなければならない。このこと
は、特定のセンサ１０６の中心１２６からサンプル配列
の表面に対して法線方向に延びる直線に沿って、複合材
シャフト１２０を配置する機構を必要とする。複合材シ
ャフト１２０を配列するために、従来の線形ベアリング
を使用することはできるが、線形ベアリングとシャフト
１２０との間の摩擦が、低い負荷レベルにおける変位精
度を制限する。さらに、ＰＤＭＡは、空気ベアリングを
使用することもできるが、空気ベアリングの寸法と費用
とにより、しばしば、相対的に多数のプローブ１０４を
使用するＰＤＭＡについて使用することが実用的ではな
くなる。
で示される固体あるいは複合材のシャフト１２０を介し
て、センサ１０６の１つと接触する試験固定具１１８を
含む。それぞれのシャフト１２０は、プローブ試験固定
具１１８をセンサ１０６から分離する分離ブロックモジ
ュール１２４中の開口部１２２を貫通する。明確にする
ために、この実施例のＰＤＭＡ１００は、通常は、１２
の分離ブロックモジュール１２４、即ち、８つのプロー
ブ１０４から構成される各列に対して１つの分離ブロッ
クを含むことができるが、図１は、僅か２つの分離ブロ
ックモジュール１２４を示している。その代わりに、Ｐ
ＤＭＡは、プローブ試験固定具１１８をセンサ１０６か
ら分離するために、単一の分離ブロックモジュール１２
４を有するようにしても良い。信頼性のある測定を行う
ためには、それぞれの試験固定具１１８は、サンプルホ
ルダ１０２上の特定の位置１０８で、対応するサンプル
配列エレメントと接触しなければならない。このこと
は、特定のセンサ１０６の中心１２６からサンプル配列
の表面に対して法線方向に延びる直線に沿って、複合材
シャフト１２０を配置する機構を必要とする。複合材シ
ャフト１２０を配列するために、従来の線形ベアリング
を使用することはできるが、線形ベアリングとシャフト
１２０との間の摩擦が、低い負荷レベルにおける変位精
度を制限する。さらに、ＰＤＭＡは、空気ベアリングを
使用することもできるが、空気ベアリングの寸法と費用
とにより、しばしば、相対的に多数のプローブ１０４を
使用するＰＤＭＡについて使用することが実用的ではな
くなる。
【００２６】プローブ１０４をサンプル配列エレメント
とともに配列するために使用する２つの曲げストリップ
１５０を図解する図２は、図１で示される開口部１２２
の中心線を含む切断面を介して見えるように、分離ブロ
ックモジュール１２４の１つの断面図を示す。この曲げ
ストリップ１５０は、分離ブロックモジュール１２４の
概略平面である上面１５２と中間セグメント１５４との
間と、中間セグメント１５４の概略平面である表面と分
離ブロックモジュール１２４の下部セグメント１５６と
の間とに挟持されている。図２に示す２つの曲げストリ
ップ１５０は、分離ブロックモジュール１２４の開口部
１２２内のそれぞれの複合材シャフト１２０と実質的に
並んでいる、空間的に離れた孔を有する、相対的に薄い
（１０μｍから１００μｍ）矩形のメンブランから構成
される。
とともに配列するために使用する２つの曲げストリップ
１５０を図解する図２は、図１で示される開口部１２２
の中心線を含む切断面を介して見えるように、分離ブロ
ックモジュール１２４の１つの断面図を示す。この曲げ
ストリップ１５０は、分離ブロックモジュール１２４の
概略平面である上面１５２と中間セグメント１５４との
間と、中間セグメント１５４の概略平面である表面と分
離ブロックモジュール１２４の下部セグメント１５６と
の間とに挟持されている。図２に示す２つの曲げストリ
ップ１５０は、分離ブロックモジュール１２４の開口部
１２２内のそれぞれの複合材シャフト１２０と実質的に
並んでいる、空間的に離れた孔を有する、相対的に薄い
（１０μｍから１００μｍ）矩形のメンブランから構成
される。
【００２７】図２に示すように、複合材シャフト１２０
は、硬く、実質的に円柱状の芯１５８と、この芯１５８
上にネジ切られた、上部１６０、中間部１６２、下部１
６４を有する、断熱外部被覆部材とから構成される。開
口部１２２に装着されると、被覆部材の上部１６０と中
間部１６２との隣接する端部と、被覆部材の中間部１６
２と下部１６４とは、２つの曲げストリップ１５０を含
む平面内に並ぶ。芯１５８の直径と、曲げストリップ１
５０中の孔の直径とは、ほぼ同一であるので、孔の周縁
部は、被覆部材の上部１６０の隣接する端部と、中間部
１６２と、下部との間に把持される。曲げストリップ１
５０は、さらに、分離ブロックモジュール１２４の上部
セグメント１５２と、中間セグメント１５４と、下部セ
グメント１５６との間の界面に隣接する、それぞれの開
口部１２２の周縁部に沿って把持される。シャフト１２
０と分離ブロックモジュール１２４との間の環状の隙間
１６８を確保する、結果的に把持されているメンブラン
またはダイヤフラム１６６は、プローブ１０４を支持
し、配列する。
は、硬く、実質的に円柱状の芯１５８と、この芯１５８
上にネジ切られた、上部１６０、中間部１６２、下部１
６４を有する、断熱外部被覆部材とから構成される。開
口部１２２に装着されると、被覆部材の上部１６０と中
間部１６２との隣接する端部と、被覆部材の中間部１６
２と下部１６４とは、２つの曲げストリップ１５０を含
む平面内に並ぶ。芯１５８の直径と、曲げストリップ１
５０中の孔の直径とは、ほぼ同一であるので、孔の周縁
部は、被覆部材の上部１６０の隣接する端部と、中間部
１６２と、下部との間に把持される。曲げストリップ１
５０は、さらに、分離ブロックモジュール１２４の上部
セグメント１５２と、中間セグメント１５４と、下部セ
グメント１５６との間の界面に隣接する、それぞれの開
口部１２２の周縁部に沿って把持される。シャフト１２
０と分離ブロックモジュール１２４との間の環状の隙間
１６８を確保する、結果的に把持されているメンブラン
またはダイヤフラム１６６は、プローブ１０４を支持
し、配列する。
【００２８】ダイヤフラム１６６の形状は、曲げストリ
ップ１５０のそれぞれを、サンプル配列を支持する、あ
るいは含む表面に対する法線方向１１４の変位に対して
追随させるが、サンプル配列と平行な方向への変位に対
しては、機械的に堅くする。さらに、２つの曲げストリ
ップ１５０の使用は、シャフト１２０とダイヤフラム１
６６とのそれぞれの組み合わせを、サンプル配列の表面
に対する法線方向１１４から離れる角度変位に対して
も、機械的に堅くする。その上、部材と寸法とを適当に
選択することにより、曲げストリップ１５０は、サンプ
ル配列の法線方向１１４への変位に対する実効バネ定数
を、センサ１０６の実効バネ定数よりも実質的に小さく
抑える。このようにして、曲げストリップ１５０は、後
述する”予備負荷”されたセンサ１０６に使用されない
限り、通常は、機械的な摂動に対して測定される応答
に、最低限の影響しか及ぼさない。曲げストリップ１５
０に有効な材料は、金属フィルムまたは高分子フィルム
を含む。例えば、１つの特定の曲げストリップ材料は、
ＤｕＰｏｎｔ社から、商品名ＫＡＰＴＯＮとして利用可
能な、厚さ約１３μｍから１２５μｍの範囲のポリイミ
ドフィルムである。他の有効な曲げ材料は、ステンレス
フォイルと、ダイヤフラム（一般的な意味で）と、波形
の銅合金とを含み、曲げ材料は、例えば、機械加工され
たステンレス鋼であっても良い。ダイヤフラム１６６と
典型的なセンサ１０６との実効バネ定数は、温度依存性
を有するので、シャフト１２０上に断熱被覆部材１６
０、１６２、１６４を使用することは、測定する応答に
重大な影響を及ぼすことなく、ＰＤＭＡ１００がサンプ
ル配列の温度を変化させることを許容する。
ップ１５０のそれぞれを、サンプル配列を支持する、あ
るいは含む表面に対する法線方向１１４の変位に対して
追随させるが、サンプル配列と平行な方向への変位に対
しては、機械的に堅くする。さらに、２つの曲げストリ
ップ１５０の使用は、シャフト１２０とダイヤフラム１
６６とのそれぞれの組み合わせを、サンプル配列の表面
に対する法線方向１１４から離れる角度変位に対して
も、機械的に堅くする。その上、部材と寸法とを適当に
選択することにより、曲げストリップ１５０は、サンプ
ル配列の法線方向１１４への変位に対する実効バネ定数
を、センサ１０６の実効バネ定数よりも実質的に小さく
抑える。このようにして、曲げストリップ１５０は、後
述する”予備負荷”されたセンサ１０６に使用されない
限り、通常は、機械的な摂動に対して測定される応答
に、最低限の影響しか及ぼさない。曲げストリップ１５
０に有効な材料は、金属フィルムまたは高分子フィルム
を含む。例えば、１つの特定の曲げストリップ材料は、
ＤｕＰｏｎｔ社から、商品名ＫＡＰＴＯＮとして利用可
能な、厚さ約１３μｍから１２５μｍの範囲のポリイミ
ドフィルムである。他の有効な曲げ材料は、ステンレス
フォイルと、ダイヤフラム（一般的な意味で）と、波形
の銅合金とを含み、曲げ材料は、例えば、機械加工され
たステンレス鋼であっても良い。ダイヤフラム１６６と
典型的なセンサ１０６との実効バネ定数は、温度依存性
を有するので、シャフト１２０上に断熱被覆部材１６
０、１６２、１６４を使用することは、測定する応答に
重大な影響を及ぼすことなく、ＰＤＭＡ１００がサンプ
ル配列の温度を変化させることを許容する。
【００２９】前述したように、ＰＤＭＡ１００の重要な
特徴は、多数の異なる物理特性に基づいて、材料をスク
リーニングすることができることである。ＰＤＭＡ１０
０がこの自由度を達成する１つの方法は、相互に交換可
能な（ある実施例では、廃棄可能な）試験固定具１１８
を、適当なサンプル配列フォーマットとサンプルホルダ
１０２とともに使用することである。例えば、１つのス
クリーニング方法は、硬い板の上に配列された材料サン
プルの硬度を測定するために、球状圧入子を有する試験
固定具１１８に装着されたプローブ１０４を使用するこ
とができる。別のスクリーニング方法は、可撓性のある
基板上に配列された材料サンプルの曲げ測定から、ヤン
グ率を推定するために、先端が平らな針を有する試験固
定具１１８に装着されたプローブ１０４を使用しても良
い。どちらの場合においても、ＰＤＭＡ１００は、試験
固定具１１８を戻し、確実に装着するための機構を提供
しなければならない。好適な装着機構は、永久磁石を使
用するデバイスと同様に、機械的及び電磁気的カップリ
ングを含む。
特徴は、多数の異なる物理特性に基づいて、材料をスク
リーニングすることができることである。ＰＤＭＡ１０
０がこの自由度を達成する１つの方法は、相互に交換可
能な（ある実施例では、廃棄可能な）試験固定具１１８
を、適当なサンプル配列フォーマットとサンプルホルダ
１０２とともに使用することである。例えば、１つのス
クリーニング方法は、硬い板の上に配列された材料サン
プルの硬度を測定するために、球状圧入子を有する試験
固定具１１８に装着されたプローブ１０４を使用するこ
とができる。別のスクリーニング方法は、可撓性のある
基板上に配列された材料サンプルの曲げ測定から、ヤン
グ率を推定するために、先端が平らな針を有する試験固
定具１１８に装着されたプローブ１０４を使用しても良
い。どちらの場合においても、ＰＤＭＡ１００は、試験
固定具１１８を戻し、確実に装着するための機構を提供
しなければならない。好適な装着機構は、永久磁石を使
用するデバイスと同様に、機械的及び電磁気的カップリ
ングを含む。
【００３０】図３は、図２に示したプローブ１０４の拡
大した断面図を示し、複合材シャフト１２０のねじ切ら
れた芯１５８に、試験固定具１１８を装着するために使
用する永久磁石１９０を図解する。図３に示されるよう
に、プローブ１０４は、それぞれ、試験固定具１１８と
断熱被覆部材の上部１６０とに隣接する、第１の端部１
９４と第２の端部１９６とを有するベース１９２を有す
る。実質的に円柱状の穴１９８は、その一部がベース１
９２内に延び、シャフト１２０の芯１５８を、ベース１
９２の第２の端部１９６と接続するために、寸法が定め
られ、ネジ切られている。試験固定具１１８は、プロー
ブ１０４のベース１９２に埋め込まれた永久磁石１９０
からの磁力線により、ベース１９２の第１の端部１９４
に着脱可能に取り付けられている。円筒状の磁気シール
ド部材２００は、典型的には、プローブベース１９２ま
たは永久磁石１９０のいずれかよりも低い弾性率を有
し、プローブベース１９２と永久磁石１９０との間の周
縁部に締め付けられている。永久磁石１９０をプローブ
ベース１９２内に保持するシールド部材２００は、ベー
ス１９２の第１の端部１９４から外側に延伸し、試験固
定具１１８に形成されている実質的に円形のスロット２
０２に嵌合する。スロット２０２は、最小限の干渉で、
円筒状シールド部材２００を受け入れるように、その寸
法が規定され、試験固定具１１８をプローブベース１９
２に装着する際に、スロット２０２に対するガイドとな
るテーパ形状の端部２０４を有する。図３に示す実施例
では、試験固定具１１８とプローブベース１９２とは、
着脱中に、それらを当接させるためのフランジ２０６、
２０８を有する。
大した断面図を示し、複合材シャフト１２０のねじ切ら
れた芯１５８に、試験固定具１１８を装着するために使
用する永久磁石１９０を図解する。図３に示されるよう
に、プローブ１０４は、それぞれ、試験固定具１１８と
断熱被覆部材の上部１６０とに隣接する、第１の端部１
９４と第２の端部１９６とを有するベース１９２を有す
る。実質的に円柱状の穴１９８は、その一部がベース１
９２内に延び、シャフト１２０の芯１５８を、ベース１
９２の第２の端部１９６と接続するために、寸法が定め
られ、ネジ切られている。試験固定具１１８は、プロー
ブ１０４のベース１９２に埋め込まれた永久磁石１９０
からの磁力線により、ベース１９２の第１の端部１９４
に着脱可能に取り付けられている。円筒状の磁気シール
ド部材２００は、典型的には、プローブベース１９２ま
たは永久磁石１９０のいずれかよりも低い弾性率を有
し、プローブベース１９２と永久磁石１９０との間の周
縁部に締め付けられている。永久磁石１９０をプローブ
ベース１９２内に保持するシールド部材２００は、ベー
ス１９２の第１の端部１９４から外側に延伸し、試験固
定具１１８に形成されている実質的に円形のスロット２
０２に嵌合する。スロット２０２は、最小限の干渉で、
円筒状シールド部材２００を受け入れるように、その寸
法が規定され、試験固定具１１８をプローブベース１９
２に装着する際に、スロット２０２に対するガイドとな
るテーパ形状の端部２０４を有する。図３に示す実施例
では、試験固定具１１８とプローブベース１９２とは、
着脱中に、それらを当接させるためのフランジ２０６、
２０８を有する。
【００３１】図３に示されるように、試験固定具１１８
と、ベース１９２と、シールド部材２００とは、近接す
るプローブ１０４のサンプル測定に影響する可能性のあ
る散乱磁力線を最小限にするように、永久磁石１９０を
収容する。一般的に、プローブ１０４の構成部品は、効
果的な磁気シールドを確保するために、相対透磁率が実
質的に１よりも大きい、高い透磁率を有する材料から構
成される。好適な材料は、銅、モリブデン、クロムある
いはこれらの混合物を含むニッケル−鉄系合金を含む。
特に有効なシールド材料は、Carpenter Technology社
から商品名ＨＩ−ＰＥＲＭ４９として利用可能である。
他の有効な材料は、防錆効果を有するクロム被覆された
冷延鋼を含む。永久磁石１９０は、スクリーニング中
に、試験固定具１１８をプローブベース１９２に確実に
装着するために十分な力を提供する材料から構成されな
ければならない。有効な永久磁石１９０は、サマリウム
−コバルト磁石、セラミックフェライト磁石、アルミニ
ウム−ニッケル−コバルト磁石、ネオジウム−鉄−ボロ
ン磁石を含む。
と、ベース１９２と、シールド部材２００とは、近接す
るプローブ１０４のサンプル測定に影響する可能性のあ
る散乱磁力線を最小限にするように、永久磁石１９０を
収容する。一般的に、プローブ１０４の構成部品は、効
果的な磁気シールドを確保するために、相対透磁率が実
質的に１よりも大きい、高い透磁率を有する材料から構
成される。好適な材料は、銅、モリブデン、クロムある
いはこれらの混合物を含むニッケル−鉄系合金を含む。
特に有効なシールド材料は、Carpenter Technology社
から商品名ＨＩ−ＰＥＲＭ４９として利用可能である。
他の有効な材料は、防錆効果を有するクロム被覆された
冷延鋼を含む。永久磁石１９０は、スクリーニング中
に、試験固定具１１８をプローブベース１９２に確実に
装着するために十分な力を提供する材料から構成されな
ければならない。有効な永久磁石１９０は、サマリウム
−コバルト磁石、セラミックフェライト磁石、アルミニ
ウム−ニッケル−コバルト磁石、ネオジウム−鉄−ボロ
ン磁石を含む。
【００３２】図４は、プローブ１０４と、センサ１０６
と、材料サンプル配列２３０との相互作用を図解する。
図４は、２つの分離ブロックモジュール１２４を切断
し、２つの隣接するプローブ１０４の中心線を含む平面
から見た、図１のＰＤＭＡ１００の断面図を示す。スク
リーニング中に、プローブ１０４のそれぞれの試験固定
具部１１８は、サンプルホルダ１０２の予め定められた
位置１０８に配置されているサンプル配列２３０の１つ
のエレメントと相互に作用する。サンプル配列２３０の
表面に対する法線方向１１４へのサンプルホルダ１０２
の移動は、結果として、それぞれのプローブ試験固定具
１１８と、プローブベース１９２と、複合材シャフト１
２０とを介して、センサ１０６に伝達される力を生成す
る。硬い芯１５８と断熱外部被覆部材１６０、１６２、
１６４とを有する、それぞれの複合材シャフト１２０
は、後述するように、直接または間接的に、力学センサ
１０６に接触する。
と、材料サンプル配列２３０との相互作用を図解する。
図４は、２つの分離ブロックモジュール１２４を切断
し、２つの隣接するプローブ１０４の中心線を含む平面
から見た、図１のＰＤＭＡ１００の断面図を示す。スク
リーニング中に、プローブ１０４のそれぞれの試験固定
具部１１８は、サンプルホルダ１０２の予め定められた
位置１０８に配置されているサンプル配列２３０の１つ
のエレメントと相互に作用する。サンプル配列２３０の
表面に対する法線方向１１４へのサンプルホルダ１０２
の移動は、結果として、それぞれのプローブ試験固定具
１１８と、プローブベース１９２と、複合材シャフト１
２０とを介して、センサ１０６に伝達される力を生成す
る。硬い芯１５８と断熱外部被覆部材１６０、１６２、
１６４とを有する、それぞれの複合材シャフト１２０
は、後述するように、直接または間接的に、力学センサ
１０６に接触する。
【００３３】図４に示す相対的に大きい、センサ１０６
それぞれの設置面積は、隣接するセンサ１０６の中心間
隔を９ｍｍに維持して、単一平面上に全てのセンサ１０
６を配置することを困難にする。もちろん、小さい設置
面積のセンサを使用すれば、単一の平面に配置すること
は許容される。９ｍｍ間隔を提供するためには、ＰＤＭ
Ａ１００は、上部の硬い支持板２３６と下部の硬い支持
板２３８とにそれぞれ載置される、第１のセンサ基板２
３２と第２のセンサ基板２３４との上に配置されたセン
サ１０６を使用する。支持板２３６、２３８の両者は、
支持板２３６、２３８の上面２４０、２４２から支持板
２３６、２３８の底面２４４、２４６まで、延伸する孔
を有する。これらの孔は、９ｍｍの中心上に配置され、
ネジ切られているものと、ネジ切られていないものがあ
る。上部支持板２３６のネジ切られていない孔２４８
は、実質的に、第１のセンサ基板２３２の貫通孔２５０
と並んで配置されている。ネジ切られていない孔２４８
と貫通孔２５０とは、複合材シャフト１２０から第２
（低い）センサ基板２３４上に配置されているセンサ１
０６まで力を伝達するロッド２５２のための通路を提供
する寸法になっている。このため、２つの基板２３２、
２３４との中にある力学的センサ１０６を分散させるこ
と、即ち、力学センサ１０６を配置するために利用可能
な表面積を２倍にすること、さらにサンプル配列２３０
の表面に突設した場合、その中心１２６が９ｍｍ間隔と
なるようにセンサ１０６を配置することにより、ＰＤＭ
Ａ１００は、最適な間隔を保持する。小さいセンサを使
用する場合、あるいは９ｍｍ間隔が望ましくないときに
は、ＰＤＭＡ１００は、２つのセンサ基板のうちの１つ
を必要としない。特定の実施例に対しては実用的な多数
のセンサ基板を使用することもできる。
それぞれの設置面積は、隣接するセンサ１０６の中心間
隔を９ｍｍに維持して、単一平面上に全てのセンサ１０
６を配置することを困難にする。もちろん、小さい設置
面積のセンサを使用すれば、単一の平面に配置すること
は許容される。９ｍｍ間隔を提供するためには、ＰＤＭ
Ａ１００は、上部の硬い支持板２３６と下部の硬い支持
板２３８とにそれぞれ載置される、第１のセンサ基板２
３２と第２のセンサ基板２３４との上に配置されたセン
サ１０６を使用する。支持板２３６、２３８の両者は、
支持板２３６、２３８の上面２４０、２４２から支持板
２３６、２３８の底面２４４、２４６まで、延伸する孔
を有する。これらの孔は、９ｍｍの中心上に配置され、
ネジ切られているものと、ネジ切られていないものがあ
る。上部支持板２３６のネジ切られていない孔２４８
は、実質的に、第１のセンサ基板２３２の貫通孔２５０
と並んで配置されている。ネジ切られていない孔２４８
と貫通孔２５０とは、複合材シャフト１２０から第２
（低い）センサ基板２３４上に配置されているセンサ１
０６まで力を伝達するロッド２５２のための通路を提供
する寸法になっている。このため、２つの基板２３２、
２３４との中にある力学的センサ１０６を分散させるこ
と、即ち、力学センサ１０６を配置するために利用可能
な表面積を２倍にすること、さらにサンプル配列２３０
の表面に突設した場合、その中心１２６が９ｍｍ間隔と
なるようにセンサ１０６を配置することにより、ＰＤＭ
Ａ１００は、最適な間隔を保持する。小さいセンサを使
用する場合、あるいは９ｍｍ間隔が望ましくないときに
は、ＰＤＭＡ１００は、２つのセンサ基板のうちの１つ
を必要としない。特定の実施例に対しては実用的な多数
のセンサ基板を使用することもできる。
【００３４】図５と図６とは、センサ１０６とセンサ基
板２３２、２３４との詳細図面を提供し、それぞれ、底
面透視図と第１のセンサ基板２３２の拡大断面とを示し
ている。第１のセンサ基板２３２と第２のセンサ基板２
３４とは、一般的に、可撓性のある多層誘電シート２７
０（例えば、ポリイミド）と、誘電シート２７０の周縁
部に接着された硬い枠２７２（例えば、ＦＲ−４ エポ
キシ−ガラス積層材）とから構成される。導電線２７４
が、誘電シート２７０の上面２７６または下面２７８に
埋め込まれ、あるいは可撓性シート２７０の層間に埋め
込まれ、両面フレックス回路２８０を形成する。それぞ
れのセンサ１０６は、フレックス回路２８０の上面２７
６に配置され、センサ１０６上の鉛２８２が、基準カー
ド端コネクタ２８４で停止する導電線２７４と接続され
る。従来のリボンケーブルは、カード端コネクタ２８４
を、センサ１０６と周辺デバイスとの通信を許容する、
図示しない周辺記録制御デバイスに接続するために使用
することができる。
板２３２、２３４との詳細図面を提供し、それぞれ、底
面透視図と第１のセンサ基板２３２の拡大断面とを示し
ている。第１のセンサ基板２３２と第２のセンサ基板２
３４とは、一般的に、可撓性のある多層誘電シート２７
０（例えば、ポリイミド）と、誘電シート２７０の周縁
部に接着された硬い枠２７２（例えば、ＦＲ−４ エポ
キシ−ガラス積層材）とから構成される。導電線２７４
が、誘電シート２７０の上面２７６または下面２７８に
埋め込まれ、あるいは可撓性シート２７０の層間に埋め
込まれ、両面フレックス回路２８０を形成する。それぞ
れのセンサ１０６は、フレックス回路２８０の上面２７
６に配置され、センサ１０６上の鉛２８２が、基準カー
ド端コネクタ２８４で停止する導電線２７４と接続され
る。従来のリボンケーブルは、カード端コネクタ２８４
を、センサ１０６と周辺デバイスとの通信を許容する、
図示しない周辺記録制御デバイスに接続するために使用
することができる。
【００３５】図５に示すように、第１のセンサ基板２３
２と第２のセンサ基板２３４とは、一般的に、センサ１
０６の直下のセンサ基板２３２、２３４の底面２７８に
装着される平面状の補強部材２８６（例えば、ＦＲ−４
エポキシ−ガラス積層材）を有する。それぞれの補強
材２８６は、センサ１０６と同一の設置面積を有し、セ
ンサ１０６上に荷重を分散させ、センサ１０６が曲がる
ことを抑制する。しかし、センサ１０６は、可撓性のあ
る多層誘電シート２７０上に配置されているので、補強
部材２８６は、センサ１０６が、サンプル配列２３０の
法線方向１１４に移動することを妨げない。他の実施例
は、固着したセンサ１０６を使用することができるが、
図１に示すＰＤＭＡ１００は、後述するように、センサ
１０６が”予備負荷される”ことを許容するように、フ
レックス回路２８０上にセンサ１０６を配置して使用す
る。予備負荷は、もちろん、当業者がこの明細書を検討
して、想到する他の方法によっても実行され得る。
２と第２のセンサ基板２３４とは、一般的に、センサ１
０６の直下のセンサ基板２３２、２３４の底面２７８に
装着される平面状の補強部材２８６（例えば、ＦＲ−４
エポキシ−ガラス積層材）を有する。それぞれの補強
材２８６は、センサ１０６と同一の設置面積を有し、セ
ンサ１０６上に荷重を分散させ、センサ１０６が曲がる
ことを抑制する。しかし、センサ１０６は、可撓性のあ
る多層誘電シート２７０上に配置されているので、補強
部材２８６は、センサ１０６が、サンプル配列２３０の
法線方向１１４に移動することを妨げない。他の実施例
は、固着したセンサ１０６を使用することができるが、
図１に示すＰＤＭＡ１００は、後述するように、センサ
１０６が”予備負荷される”ことを許容するように、フ
レックス回路２８０上にセンサ１０６を配置して使用す
る。予備負荷は、もちろん、当業者がこの明細書を検討
して、想到する他の方法によっても実行され得る。
【００３６】図６に示す第１のセンサ基板２３２は、セ
ンサ１０６の間に配置された複数の貫通孔２５０を含ん
でも良い。次に示すＰＤＭＡ１００の組立図から、貫通
孔２５０は、実質的に、上部支持板２３６（図４）のネ
ジ切られていない孔２４８と並んでいる。上述したよう
に、上部支持板２３６のネジ切られていない孔２４８
は、複合材シャフト１２０から第２（低い）のセンサ基
板２３４上に配置されているセンサ１０６まで力を伝達
するロッド２５２のための通路を提供する。このため、
センサ１０６の中心１２６と、第１のセンサ基板２３２
の貫通孔２５０とは、９ｍｍ間隔の中心線上に配置され
ている。
ンサ１０６の間に配置された複数の貫通孔２５０を含ん
でも良い。次に示すＰＤＭＡ１００の組立図から、貫通
孔２５０は、実質的に、上部支持板２３６（図４）のネ
ジ切られていない孔２４８と並んでいる。上述したよう
に、上部支持板２３６のネジ切られていない孔２４８
は、複合材シャフト１２０から第２（低い）のセンサ基
板２３４上に配置されているセンサ１０６まで力を伝達
するロッド２５２のための通路を提供する。このため、
センサ１０６の中心１２６と、第１のセンサ基板２３２
の貫通孔２５０とは、９ｍｍ間隔の中心線上に配置され
ている。
【００３７】図４〜図６を参照して、上部の支持板２３
６と下部の支持板２３８とのネジ切られた孔２８８、２
９０は、ＰＤＭＡ１００が、第１のセンサ基板２３２ま
たは第２のセンサ基板２３４のどちらか一方に配置され
たセンサ１０６のそれぞれに予備負荷して使用すること
ができるように、組み付けスクリュ２９２を受け入れ可
能な寸法になっている。図２の説明で記載したように、
プローブ１０４を配列するために使用した曲げストリッ
プ１５０は、サンプル配列２３０を含む平面の法線方向
１１４への変位に対しては追随するが、他の方向への変
位に対しては、機械的に堅くなる。さらに、曲げストリ
ップ１５０の実効バネ定数は、センサ１０６の実効バネ
定数よりも実質的に小さいので、曲げストリップ１５０
は、通常は、機械的な摂動に対して測定されるサンプル
配列２３０の応答に、最低限の影響しか及ぼさない。し
かし、センサ１０６は、フレックス回路２８０上に配置
されているので、組み付けスクリュ２９２は、試験固定
具１１８上に力をかけない状態で、補強部材２８６とセ
ンサ１０６とに力を印加することができる。そのため、
センサ１０６により記録される力は、試験固定具１１８
上に作用する力と予備負荷された力との合計になる。多
くの市販の力学的センサは、引張力あるいは圧縮力のみ
しか測定できないので、予備負荷することは、圧縮セン
サが、小さな引張加重を、あるいは、引張センサが、小
さな圧縮加重を記録することを許容し、ＰＤＭＡ１００
の能力を拡張する。ここで、下部の支持プレート２３８
と第２のセンサ基板２３４とは、両者ともに、上部の支
持板２３６の組み付けスクリュ２９２に案内するネジ切
られていない孔２９４、２９６を有する。
６と下部の支持板２３８とのネジ切られた孔２８８、２
９０は、ＰＤＭＡ１００が、第１のセンサ基板２３２ま
たは第２のセンサ基板２３４のどちらか一方に配置され
たセンサ１０６のそれぞれに予備負荷して使用すること
ができるように、組み付けスクリュ２９２を受け入れ可
能な寸法になっている。図２の説明で記載したように、
プローブ１０４を配列するために使用した曲げストリッ
プ１５０は、サンプル配列２３０を含む平面の法線方向
１１４への変位に対しては追随するが、他の方向への変
位に対しては、機械的に堅くなる。さらに、曲げストリ
ップ１５０の実効バネ定数は、センサ１０６の実効バネ
定数よりも実質的に小さいので、曲げストリップ１５０
は、通常は、機械的な摂動に対して測定されるサンプル
配列２３０の応答に、最低限の影響しか及ぼさない。し
かし、センサ１０６は、フレックス回路２８０上に配置
されているので、組み付けスクリュ２９２は、試験固定
具１１８上に力をかけない状態で、補強部材２８６とセ
ンサ１０６とに力を印加することができる。そのため、
センサ１０６により記録される力は、試験固定具１１８
上に作用する力と予備負荷された力との合計になる。多
くの市販の力学的センサは、引張力あるいは圧縮力のみ
しか測定できないので、予備負荷することは、圧縮セン
サが、小さな引張加重を、あるいは、引張センサが、小
さな圧縮加重を記録することを許容し、ＰＤＭＡ１００
の能力を拡張する。ここで、下部の支持プレート２３８
と第２のセンサ基板２３４とは、両者ともに、上部の支
持板２３６の組み付けスクリュ２９２に案内するネジ切
られていない孔２９４、２９６を有する。
【００３８】ＰＤＭＡ１００は、微小力学センサを含
む、多様なセンサ１０６を使用することができる。セン
サ１０６の多くは、電気信号に対応する。好適なセンサ
１０６は、従来のホイーストンブリッジ回路の脚を形成
するピエゾ抵抗のある微細加工されたシリコン歪みゲー
ジを有する。有効な低コンプライアンスの力学的センサ
は、Honeywell社から商品名FSL05N2Cとして利用可能で
ある。Honeywell社の力学的センサは、次章で述べるス
クリーニング方法の多くに適している、５００ｇレンジ
（４．９Ｎフルスケール）を有する。前述したように、
多くの力学的センサは、正確さと精度とを犠牲にするこ
となく、適度な温度の変化のみ許容することができる。
断熱被覆部材１６０、１６２、１６４（図２）を有する
複合材シャフト１２０を使用することは、センサ１０６
の温度と精度とに重大な影響を及ぼすことなく、サンプ
ル配列２３０の実質的な温度変化を許容する。
む、多様なセンサ１０６を使用することができる。セン
サ１０６の多くは、電気信号に対応する。好適なセンサ
１０６は、従来のホイーストンブリッジ回路の脚を形成
するピエゾ抵抗のある微細加工されたシリコン歪みゲー
ジを有する。有効な低コンプライアンスの力学的センサ
は、Honeywell社から商品名FSL05N2Cとして利用可能で
ある。Honeywell社の力学的センサは、次章で述べるス
クリーニング方法の多くに適している、５００ｇレンジ
（４．９Ｎフルスケール）を有する。前述したように、
多くの力学的センサは、正確さと精度とを犠牲にするこ
となく、適度な温度の変化のみ許容することができる。
断熱被覆部材１６０、１６２、１６４（図２）を有する
複合材シャフト１２０を使用することは、センサ１０６
の温度と精度とに重大な影響を及ぼすことなく、サンプ
ル配列２３０の実質的な温度変化を許容する。
【００３９】これに代わる実施例では、ダイヤフラム１
６６（図２）上に歪みゲージを配置することにより、力
学センサは、曲げストリップ１５０に取付られる。既知
の力、典型的には、硬いシャフト１２０に印加される死
荷重、を印加することにより発生する歪みは、力学セン
サに対する較正曲線を描くために記録し、使用される。
このアプローチの基本的な欠点は、歪みゲージ測定に対
応して、大幅に信号を調整する必要があることである。
６６（図２）上に歪みゲージを配置することにより、力
学センサは、曲げストリップ１５０に取付られる。既知
の力、典型的には、硬いシャフト１２０に印加される死
荷重、を印加することにより発生する歪みは、力学セン
サに対する較正曲線を描くために記録し、使用される。
このアプローチの基本的な欠点は、歪みゲージ測定に対
応して、大幅に信号を調整する必要があることである。
【００４０】再度図１及び図２を参照して、ＰＤＭＡ１
００は、サンプルホルダ１０２と、プローブ１０４と、
分離ブロックモジュール１２４の上部セグメント１５２
または中間セグメント１５４とを収容する環境チャンバ
（図示しない）を有するようにしても良い。このチャン
バは、サンプル配列エレメント２３０のバルクな物理特
性に及ぼす影響を検討するために、既知の組成のガスで
充填されても良い。あるいは、このチャンバは、スクリ
ーニング中のサンプル配列エレメント２３０の酸化を低
減するために、不活性ガスで充填されることも可能であ
る。一般的に、分離ブロックモジュール１２４からガス
が漏出することを制限するために、複合材シャフト１２
０と円柱状開口部１２２との間の周縁部の隙間１６８
は、最小化される。さらに、周縁部の隙間１６８にある
曲げストリップ１５０は、分離ブロックモジュール１２
４からのガスの流出を抑制する。
００は、サンプルホルダ１０２と、プローブ１０４と、
分離ブロックモジュール１２４の上部セグメント１５２
または中間セグメント１５４とを収容する環境チャンバ
（図示しない）を有するようにしても良い。このチャン
バは、サンプル配列エレメント２３０のバルクな物理特
性に及ぼす影響を検討するために、既知の組成のガスで
充填されても良い。あるいは、このチャンバは、スクリ
ーニング中のサンプル配列エレメント２３０の酸化を低
減するために、不活性ガスで充填されることも可能であ
る。一般的に、分離ブロックモジュール１２４からガス
が漏出することを制限するために、複合材シャフト１２
０と円柱状開口部１２２との間の周縁部の隙間１６８
は、最小化される。さらに、周縁部の隙間１６８にある
曲げストリップ１５０は、分離ブロックモジュール１２
４からのガスの流出を抑制する。
【００４１】あるいは、環境チャンバは、サンプルホル
ダ１０２と、プローブ１０４と、分離ブロックモジュー
ル１２４と、センサ１０６とを収容する、実質的に気密
性のある筐体部から構成されても良い。この筐体部は、
さらに２つの室に分離され、１室は、サンプルホルダ１
０２と材料サンプル２３０とを収容し、他室は、センサ
１０６と分離ブロックモジュール１２４とを収容する。
後者の実施例は、センサ１０６を覆う第２のガスとは異
なる第１のガスで、サンプルホルダ１０２と材料サンプ
ル２３０とを覆うことを許容する。このようにして、Ｐ
ＤＭＡは、研究室の環境と異なる条件、あるいは同一の
条件で、センサ１０６を維持して、センサ１０６とは独
立に、材料サンプル２３０の環境を変化させることがで
きる。
ダ１０２と、プローブ１０４と、分離ブロックモジュー
ル１２４と、センサ１０６とを収容する、実質的に気密
性のある筐体部から構成されても良い。この筐体部は、
さらに２つの室に分離され、１室は、サンプルホルダ１
０２と材料サンプル２３０とを収容し、他室は、センサ
１０６と分離ブロックモジュール１２４とを収容する。
後者の実施例は、センサ１０６を覆う第２のガスとは異
なる第１のガスで、サンプルホルダ１０２と材料サンプ
ル２３０とを覆うことを許容する。このようにして、Ｐ
ＤＭＡは、研究室の環境と異なる条件、あるいは同一の
条件で、センサ１０６を維持して、センサ１０６とは独
立に、材料サンプル２３０の環境を変化させることがで
きる。
【００４２】環境チャンバは、サンプル配列エレメント
２３０の温度を調整／制御するためのデバイスを有する
ようにしても良い。有効なデバイスは、サンプル配列２
３０を含む環境チャンバに供給するガスの流路内に配置
される、１つ以上の加熱あるいは冷却エレメントを含
む。他の有効なデバイスは、サンプル配列２３０に隣接
して配置される、１列の放射ヒータを含む。あるいは、
ＰＤＭＡ１００は、サンプル配列エレメント２３０のそ
れぞれ、あるいはそのグループを加熱または冷却する、
サンプルホルダ１０２に装着された抵抗ヒータあるいは
熱電デバイスを有することができる。さらに、ＰＤＭＡ
１００は、サンプル配列２３０エレメントそれぞれの温
度を監視するために、熱電対、サーミスタ、抵抗熱デバ
イス（ＲＴＤ）などのデバイスを有するようにしても良
い。ある実施例では、ＰＤＭＡ１００は、サンプル配列
２３０を望ましい温度プロファイルに曝すために、デー
タ取得基板のような、温度制御器を有することも可能で
ある。温度制御器は、温度監視デバイスから受信する信
号に応答して、加熱デバイスと冷却デバイスとの供給さ
れる電力を自動的に調整する。典型的には、外部のコン
ピュータ上で実行されるソフトウェアは、温度制御器と
温度監視デバイスとのファンクションと通信し、共動す
る。
２３０の温度を調整／制御するためのデバイスを有する
ようにしても良い。有効なデバイスは、サンプル配列２
３０を含む環境チャンバに供給するガスの流路内に配置
される、１つ以上の加熱あるいは冷却エレメントを含
む。他の有効なデバイスは、サンプル配列２３０に隣接
して配置される、１列の放射ヒータを含む。あるいは、
ＰＤＭＡ１００は、サンプル配列エレメント２３０のそ
れぞれ、あるいはそのグループを加熱または冷却する、
サンプルホルダ１０２に装着された抵抗ヒータあるいは
熱電デバイスを有することができる。さらに、ＰＤＭＡ
１００は、サンプル配列２３０エレメントそれぞれの温
度を監視するために、熱電対、サーミスタ、抵抗熱デバ
イス（ＲＴＤ）などのデバイスを有するようにしても良
い。ある実施例では、ＰＤＭＡ１００は、サンプル配列
２３０を望ましい温度プロファイルに曝すために、デー
タ取得基板のような、温度制御器を有することも可能で
ある。温度制御器は、温度監視デバイスから受信する信
号に応答して、加熱デバイスと冷却デバイスとの供給さ
れる電力を自動的に調整する。典型的には、外部のコン
ピュータ上で実行されるソフトウェアは、温度制御器と
温度監視デバイスとのファンクションと通信し、共動す
る。
【００４３】（ＰＤＭＡ制御とデータ取得）図７は、デ
ータ取得とＰＤＭＡの制御とに対するシステム３００を
模式的に示す。図１の説明で述べたように、プローブ１
０４に対する法線方向１１４に、サンプル配列２３０を
配置するために、ＰＤＭＡ１００は、第１の移動アクチ
ュエータ１１０と第２の移動アクチュエータ１１２とを
有する。第１の移動アクチュエータ１１０は、サンプル
ホルダ１０２の相対的に粗い変位を提供し、サンプル配
列２３０のエレメントをプローブ１０４試験固定具１１
８近傍に配置し、図示しないＤＣモータ制御部を用いて
調整される。第２の移動アクチュエータ１１２は、サン
プルホルダ１０２の相対的に細かい変位を提供し、サン
プル配列２３０のエレメントの機械的摂動を実行する。
ータ取得とＰＤＭＡの制御とに対するシステム３００を
模式的に示す。図１の説明で述べたように、プローブ１
０４に対する法線方向１１４に、サンプル配列２３０を
配置するために、ＰＤＭＡ１００は、第１の移動アクチ
ュエータ１１０と第２の移動アクチュエータ１１２とを
有する。第１の移動アクチュエータ１１０は、サンプル
ホルダ１０２の相対的に粗い変位を提供し、サンプル配
列２３０のエレメントをプローブ１０４試験固定具１１
８近傍に配置し、図示しないＤＣモータ制御部を用いて
調整される。第２の移動アクチュエータ１１２は、サン
プルホルダ１０２の相対的に細かい変位を提供し、サン
プル配列２３０のエレメントの機械的摂動を実行する。
【００４４】図７に示す第２の移動アクチュエータ１１
２は、ピエゾ電気的移動ステージから構成される。外部
コンピュータ３０４に配置される１次データ取得基板３
０２（例えば、National Instrument社の製品６０３０
Ｅ）は、第２の移動アクチュエータ１１２の動作を制御
する。１次基板３０２は、アクチュエータ１１２（及び
サンプルホルダ１０２）の望ましい変位に比例する電位
Ｖ１を生成する。この電位は、容量性の位置センサ３０
８を介して、アクチュエータ１１２の位置を監視するピ
エゾ電気増幅器３０６に与えられる。Ｖ１に応答して、
ピエゾ電気増幅器３０６は、サンプルホルダ１０２を所
望の位置まで移動させるために、アクチュエータ１１２
に供給する電荷、Ｖ２を変化させる。位置センサ３０８
は、増幅器３０６により読み取られ、第２の移動アクチ
ュエータ１１２の実際の位置を示す電位、Ｖ３を生成す
る。
２は、ピエゾ電気的移動ステージから構成される。外部
コンピュータ３０４に配置される１次データ取得基板３
０２（例えば、National Instrument社の製品６０３０
Ｅ）は、第２の移動アクチュエータ１１２の動作を制御
する。１次基板３０２は、アクチュエータ１１２（及び
サンプルホルダ１０２）の望ましい変位に比例する電位
Ｖ１を生成する。この電位は、容量性の位置センサ３０
８を介して、アクチュエータ１１２の位置を監視するピ
エゾ電気増幅器３０６に与えられる。Ｖ１に応答して、
ピエゾ電気増幅器３０６は、サンプルホルダ１０２を所
望の位置まで移動させるために、アクチュエータ１１２
に供給する電荷、Ｖ２を変化させる。位置センサ３０８
は、増幅器３０６により読み取られ、第２の移動アクチ
ュエータ１１２の実際の位置を示す電位、Ｖ３を生成す
る。
【００４５】図７に示すように、１次データ取得基板３
０２と外部コンピュータ３０４とは、それぞれ、Ｖ３を
読み取り、記録する。Ｖ３の値に応答して、１次基板３
０２は、必要に応じてＶ１を更新し、位置センサ３０８
からＶ３を取得するトリガとなるタイミングパルスを生
成するので、信号Ｖ１と信号Ｖ３とを同期させる。Ｖ ３
の取得は、センサ１０６から、電位Ｖ５，ｉ、
Ｖ６，ｉ、Ｖ７，ｉを取得するトリガとなる第２のタイ
ミングパルス、Ｖ４を生成する。２次データ取得基板３
１０は、Ｖ５，ｉ、Ｖ６，ｉ、Ｖ７，ｉを取得する、こ
こで、符号”ｉ”は、データ取得基板３１０の特定のデ
ータライン（チャネル）を参照する。このため、機械的
摂動に対するサンプル配列２３０の応答の測定は、第２
の移動アクチュエータ１１２（及びサンプルホルダ１０
２）の動作とアクチュエータ１１２の位置の測定とに同
期する。図７に示すシステム３００は、３２チャネルを
有する３つの２次データ取得基板３１０を使用するが、
基板３１０の数は、利用できるデータチャネルとセンサ
１０６との数に依存する。あるいは、基板が十分な数の
データチャネルと、出力信号とを有して居る場合には、
アクチュエータ１１２の位置を制御し、センサ１０６の
データを取得するために、ＰＤＭＡは、単一のデータ取
得基板を使用することも可能である。
０２と外部コンピュータ３０４とは、それぞれ、Ｖ３を
読み取り、記録する。Ｖ３の値に応答して、１次基板３
０２は、必要に応じてＶ１を更新し、位置センサ３０８
からＶ３を取得するトリガとなるタイミングパルスを生
成するので、信号Ｖ１と信号Ｖ３とを同期させる。Ｖ ３
の取得は、センサ１０６から、電位Ｖ５，ｉ、
Ｖ６，ｉ、Ｖ７，ｉを取得するトリガとなる第２のタイ
ミングパルス、Ｖ４を生成する。２次データ取得基板３
１０は、Ｖ５，ｉ、Ｖ６，ｉ、Ｖ７，ｉを取得する、こ
こで、符号”ｉ”は、データ取得基板３１０の特定のデ
ータライン（チャネル）を参照する。このため、機械的
摂動に対するサンプル配列２３０の応答の測定は、第２
の移動アクチュエータ１１２（及びサンプルホルダ１０
２）の動作とアクチュエータ１１２の位置の測定とに同
期する。図７に示すシステム３００は、３２チャネルを
有する３つの２次データ取得基板３１０を使用するが、
基板３１０の数は、利用できるデータチャネルとセンサ
１０６との数に依存する。あるいは、基板が十分な数の
データチャネルと、出力信号とを有して居る場合には、
アクチュエータ１１２の位置を制御し、センサ１０６の
データを取得するために、ＰＤＭＡは、単一のデータ取
得基板を使用することも可能である。
【００４６】コンピュータ３０４上で動くソフトウェア
は、基板３０２、３１０の動作に対応し、ユーザが、所
定時間での第１の移動アクチュエータ１１０と第２の移
動アクチュエータ１１２との位置、サンプル配列２３０
のエレメント数等を含む、スクリーニングパラメータを
特定することを許容する。特定の物理特性試験に関する
データ取得動作とシステム３００の動作は、後述する。
は、基板３０２、３１０の動作に対応し、ユーザが、所
定時間での第１の移動アクチュエータ１１０と第２の移
動アクチュエータ１１２との位置、サンプル配列２３０
のエレメント数等を含む、スクリーニングパラメータを
特定することを許容する。特定の物理特性試験に関する
データ取得動作とシステム３００の動作は、後述する。
【００４７】（スクリーニング方法、サンプル配列、サ
ンプルホルダ及びプローブ試験固定具）図１のＰＤＭＡ
１００は、多数のバルクな物理特性の測定に基づく、材
料サンプル配列２３０をスクリーニングするために設計
されている。例えば、ＰＤＭＡ１００は、曲げ、一軸引
張、二軸圧縮、剪断を含む、ヤング率（弾性率）に関連
する物理特性を測定することができる。ＰＤＭＡ１００
は、さらに、硬度（圧入）、破断（破断時の応力と歪、
靭性）、接着（粘着性、ループ粘着性）及び流れ（粘
度、メルトフローインデックス及びレオロジー）に関連
する材料サンプル２３０の物理特性を測定することがで
きる。
ンプルホルダ及びプローブ試験固定具）図１のＰＤＭＡ
１００は、多数のバルクな物理特性の測定に基づく、材
料サンプル配列２３０をスクリーニングするために設計
されている。例えば、ＰＤＭＡ１００は、曲げ、一軸引
張、二軸圧縮、剪断を含む、ヤング率（弾性率）に関連
する物理特性を測定することができる。ＰＤＭＡ１００
は、さらに、硬度（圧入）、破断（破断時の応力と歪、
靭性）、接着（粘着性、ループ粘着性）及び流れ（粘
度、メルトフローインデックス及びレオロジー）に関連
する材料サンプル２３０の物理特性を測定することがで
きる。
【００４８】次章で述べるように、スクリーニング指標
（基準）あるいは測定方法は、サンプル配列２３０のフ
ォーマット、サンプルホルダ１０２の構成、プローブ１
０４試験固定具１０８の設計を適当に選択し使用するこ
とに依存する。発明者は、別の実施例のサンプル配列２
３０、サンプルホルダ１０２、プローブ１０４、試験固
定具１１８を区別するために、異なる参照番号を使用す
る。例えば、図１で示されるプローブ１０４試験固定具
１１８は、図８（曲げストリップ）では、３２２と、図
１３（一軸及び二軸圧縮）においては４２２と、図１４
（剪断）では４６２と、図１５（圧入）では４０２と、
図１７（粘度及びレオロジー）においては５４２とし
て、ラベル化されている。
（基準）あるいは測定方法は、サンプル配列２３０のフ
ォーマット、サンプルホルダ１０２の構成、プローブ１
０４試験固定具１０８の設計を適当に選択し使用するこ
とに依存する。発明者は、別の実施例のサンプル配列２
３０、サンプルホルダ１０２、プローブ１０４、試験固
定具１１８を区別するために、異なる参照番号を使用す
る。例えば、図１で示されるプローブ１０４試験固定具
１１８は、図８（曲げストリップ）では、３２２と、図
１３（一軸及び二軸圧縮）においては４２２と、図１４
（剪断）では４６２と、図１５（圧入）では４０２と、
図１７（粘度及びレオロジー）においては５４２とし
て、ラベル化されている。
【００４９】（曲げ測定−”ピン挿入試験”からのヤン
グ率の決定）図８は、ＰＤＭＡ１００が、曲げ測定に基
づいて、材料ライブラリをスクリーニングするために使
用する、材料サンプル配列３２０と試験固定具３２２と
の代表的な構成要素の断面図を示す。サンプル配列３２
０は、一般的には、サンプルホルダ３３０を構成する穿
孔板３２６、３２８との間に把持される、可撓性のある
基板３２４を有する。可撓性基板３２４の片面あるいは
両面に、基板３２４の有限で予め定められた領域に、材
料サンプル３２２が被覆されている。一般的には、予め
定められた領域は、図８において、板３２６、３２８の
円形の穿孔部３３４と一致する、可撓性基板３２４の把
持されない部分に対応する。試験固定具３２２のそれぞ
れは、可撓性基板３２４の把持されない領域より実質的
に小さい表面積に渡って、サンプル配列３２０と接触す
る、既知の曲率である半球状の端部３３６を有する。有
効な基板３２４材料は、約１０μｍから１００μｍの範
囲の厚さを有するポリイミドフィルムを含む。材料サン
プル３２２は、同程度の厚さを有し、典型的には、２５
μｍ程度の厚さである。
グ率の決定）図８は、ＰＤＭＡ１００が、曲げ測定に基
づいて、材料ライブラリをスクリーニングするために使
用する、材料サンプル配列３２０と試験固定具３２２と
の代表的な構成要素の断面図を示す。サンプル配列３２
０は、一般的には、サンプルホルダ３３０を構成する穿
孔板３２６、３２８との間に把持される、可撓性のある
基板３２４を有する。可撓性基板３２４の片面あるいは
両面に、基板３２４の有限で予め定められた領域に、材
料サンプル３２２が被覆されている。一般的には、予め
定められた領域は、図８において、板３２６、３２８の
円形の穿孔部３３４と一致する、可撓性基板３２４の把
持されない部分に対応する。試験固定具３２２のそれぞ
れは、可撓性基板３２４の把持されない領域より実質的
に小さい表面積に渡って、サンプル配列３２０と接触す
る、既知の曲率である半球状の端部３３６を有する。有
効な基板３２４材料は、約１０μｍから１００μｍの範
囲の厚さを有するポリイミドフィルムを含む。材料サン
プル３２２は、同程度の厚さを有し、典型的には、２５
μｍ程度の厚さである。
【００５０】ある場合には、把持（クランプ）は、穿孔
板３２６、３２８との間に、可撓性基板３２４を確実に
保持するには、不十分なこともあり得る。このため、別
の実施例において、可撓性基板３２４は、圧力に敏感な
接着剤を使用して、穿孔板３２６、３２８の１つに接合
される。接着剤は、可撓性基板３２４より追随性が低い
はずであり、注意を払って、円形の穿孔３３４に隣接す
る均一な結合線を確保しなければならない。ワッシャー
あるいは類似のシムストック（図示しない）が、２つの
穿孔板３２６、３２８の間の距離を定義するために使用
可能である。
板３２６、３２８との間に、可撓性基板３２４を確実に
保持するには、不十分なこともあり得る。このため、別
の実施例において、可撓性基板３２４は、圧力に敏感な
接着剤を使用して、穿孔板３２６、３２８の１つに接合
される。接着剤は、可撓性基板３２４より追随性が低い
はずであり、注意を払って、円形の穿孔３３４に隣接す
る均一な結合線を確保しなければならない。ワッシャー
あるいは類似のシムストック（図示しない）が、２つの
穿孔板３２６、３２８の間の距離を定義するために使用
可能である。
【００５１】種々の方法が、サンプル配列３２０を作成
するために使用可能である。例えば、高分子から構成さ
れるサンプル配列３２０は、可撓性基板３２４上の予め
定められた領域に、既知量の固体サンプル３３２をデポ
ジットさせることにより調製され得る。デポジットに続
いて、要求される厚さの高分子フィルムを形成するため
に、サンプル３３２と基板３２４とは、メルトフロー
（溶融流れ、melt-flow）条件の下で、圧縮される。あ
るいは、高分子サンプル３３２は、１以上の溶媒中に溶
解され、さらに自動滴定のような従来の液体取扱手法を
使用して、可撓性基板３２４上の予め定められた領域に
デポジットされても良い。液体サンプル３３２が、その
対応する予め定められた領域から散逸することを抑制す
るために、例えば、選択的なエッチングあるいはシラン
処理により、予備処理され、予め定められた領域内ある
いはその外部の基板３２４の表面エネルギーを改良す
る。例えば、これらの全てが、ここで、あらゆる目的の
ために引用される、出願中の米国特許出願「溶液基準の
方法論を使用した材料の組み合わせ配列の形成」、出願
番号０９／１５６８２７、１９９８年９月１８日受理、
及び出願中の米国特許出願「基板上の高分子ライブラ
リ、基板上の高分子ライブラリの形成方法及びこれを用
いた特性評価方法」、出願番号０９／５６７５９８、２
０００年５月１０日受理、を参照のこと。デポジットに
関しては、液体サンプル３３２は、類似の表面エネルギ
ーを有する領域に閉じ込められ、溶媒の気化にともなっ
て固体フィルムを形成する。残さ溶媒を除去するために
真空中で短時間アニールされた後、それぞれのサンプル
３３２の中央部の厚さは、光学的反射輪郭測定（プロフ
ァイロメトリー、profilometry）及び光学的干渉輪郭測
定を含む、種々の既知の手法により測定可能である。最
後に、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理的気相成長法
（ＰＶＤ）あるいは類似の手法により、金属または有機
金属化合物が、直接可撓性基板３２４上にデポジットさ
れ得る。
するために使用可能である。例えば、高分子から構成さ
れるサンプル配列３２０は、可撓性基板３２４上の予め
定められた領域に、既知量の固体サンプル３３２をデポ
ジットさせることにより調製され得る。デポジットに続
いて、要求される厚さの高分子フィルムを形成するため
に、サンプル３３２と基板３２４とは、メルトフロー
（溶融流れ、melt-flow）条件の下で、圧縮される。あ
るいは、高分子サンプル３３２は、１以上の溶媒中に溶
解され、さらに自動滴定のような従来の液体取扱手法を
使用して、可撓性基板３２４上の予め定められた領域に
デポジットされても良い。液体サンプル３３２が、その
対応する予め定められた領域から散逸することを抑制す
るために、例えば、選択的なエッチングあるいはシラン
処理により、予備処理され、予め定められた領域内ある
いはその外部の基板３２４の表面エネルギーを改良す
る。例えば、これらの全てが、ここで、あらゆる目的の
ために引用される、出願中の米国特許出願「溶液基準の
方法論を使用した材料の組み合わせ配列の形成」、出願
番号０９／１５６８２７、１９９８年９月１８日受理、
及び出願中の米国特許出願「基板上の高分子ライブラ
リ、基板上の高分子ライブラリの形成方法及びこれを用
いた特性評価方法」、出願番号０９／５６７５９８、２
０００年５月１０日受理、を参照のこと。デポジットに
関しては、液体サンプル３３２は、類似の表面エネルギ
ーを有する領域に閉じ込められ、溶媒の気化にともなっ
て固体フィルムを形成する。残さ溶媒を除去するために
真空中で短時間アニールされた後、それぞれのサンプル
３３２の中央部の厚さは、光学的反射輪郭測定（プロフ
ァイロメトリー、profilometry）及び光学的干渉輪郭測
定を含む、種々の既知の手法により測定可能である。最
後に、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理的気相成長法
（ＰＶＤ）あるいは類似の手法により、金属または有機
金属化合物が、直接可撓性基板３２４上にデポジットさ
れ得る。
【００５２】ある例においては、可撓性基板３２４上の
材料サンプル３３２の寸法と配置とは、物理測定に影響
を及ぼす可能性がある。例えば、図８に示すように、材
料サンプル３３２のそれぞれは、サンプルホルダ３３０
板３２６、３２８中の円形の穿孔３３４により区切られ
る基板３２４の、実質的な一部であって全部ではない部
分を被覆する。溶液デポジット手法により作成されるフ
ィルムは、しばしば中央部近傍で相対的に均一な厚さを
有するが、それらは、曲げ測定に影響を及ぼす可能性の
ある、中央部から離れた場所での実質的な厚さのばらつ
きを呈する。エッジ効果を最小限に抑えるために、溶液
デポジット手法により作成される材料サンプル３３２
は、円形の穿孔３３４により定義される領域を越えて拡
張しなければならない。さらに、図８に示す材料サンプ
ル３３２は、典型的には、基板３２４の片面にデポジッ
トされ、一般的には、試験固定具３２２と対向しない面
にデポジットされる。このことは、試験固定具３２２と
サンプル３３２との間の接着に由来する力と、試験固定
具３２２とサンプル配列３２０との間の接触点でのサン
プル３３２の塑性変形に由来する力とを除外するのに役
立つ。塑性変形が起こらずあるいは、接着と曲げ弾性率
の測定とを一緒に行うことが望ましい限り、サンプル３
３２は、試験固定具３２２に対向する可撓性基板３２４
の片面に配置されても良い。
材料サンプル３３２の寸法と配置とは、物理測定に影響
を及ぼす可能性がある。例えば、図８に示すように、材
料サンプル３３２のそれぞれは、サンプルホルダ３３０
板３２６、３２８中の円形の穿孔３３４により区切られ
る基板３２４の、実質的な一部であって全部ではない部
分を被覆する。溶液デポジット手法により作成されるフ
ィルムは、しばしば中央部近傍で相対的に均一な厚さを
有するが、それらは、曲げ測定に影響を及ぼす可能性の
ある、中央部から離れた場所での実質的な厚さのばらつ
きを呈する。エッジ効果を最小限に抑えるために、溶液
デポジット手法により作成される材料サンプル３３２
は、円形の穿孔３３４により定義される領域を越えて拡
張しなければならない。さらに、図８に示す材料サンプ
ル３３２は、典型的には、基板３２４の片面にデポジッ
トされ、一般的には、試験固定具３２２と対向しない面
にデポジットされる。このことは、試験固定具３２２と
サンプル３３２との間の接着に由来する力と、試験固定
具３２２とサンプル配列３２０との間の接触点でのサン
プル３３２の塑性変形に由来する力とを除外するのに役
立つ。塑性変形が起こらずあるいは、接着と曲げ弾性率
の測定とを一緒に行うことが望ましい限り、サンプル３
３２は、試験固定具３２２に対向する可撓性基板３２４
の片面に配置されても良い。
【００５３】図９は、図８に示す材料サンプル配列３２
０の単一のエレメントに対する曲げ測定結果を示す。曲
げ測定あるいは「ピン挿入」試験は、一般的には、可撓
性基板３２４を含む平面の法線方向１１４に、サンプル
ホルダ３３０と材料サンプル配列３２０とを移動させ、
配列３２０（あるいは第２の移動アクチュエータ１１
２）の変位の関数として、試験固定具３２２に負荷され
る力を記録する。材料サンプル３３２のコーティングが
ない状態で得られる力−変位曲線３６０の分析から、基
板３２４の弾性率、Ｅ１が得られる。コーティングの有
無に応じて得られる力−変位曲線３６２、３６０を比較
することにより、基板３２４の弾性率に対するサンプル
３３２の弾性率、Ｅ２が得られる。後述するように、力
−変位曲線の分析は、クランプされたメンブランの挙動
に対する、既知の解析モデル及び数値モデルを使用す
る。
０の単一のエレメントに対する曲げ測定結果を示す。曲
げ測定あるいは「ピン挿入」試験は、一般的には、可撓
性基板３２４を含む平面の法線方向１１４に、サンプル
ホルダ３３０と材料サンプル配列３２０とを移動させ、
配列３２０（あるいは第２の移動アクチュエータ１１
２）の変位の関数として、試験固定具３２２に負荷され
る力を記録する。材料サンプル３３２のコーティングが
ない状態で得られる力−変位曲線３６０の分析から、基
板３２４の弾性率、Ｅ１が得られる。コーティングの有
無に応じて得られる力−変位曲線３６２、３６０を比較
することにより、基板３２４の弾性率に対するサンプル
３３２の弾性率、Ｅ２が得られる。後述するように、力
−変位曲線の分析は、クランプされたメンブランの挙動
に対する、既知の解析モデル及び数値モデルを使用す
る。
【００５４】図１０及び図１１は、それぞれ、「直接」
モードと、「振動」モードで行われた曲げ測定結果を示
す。図８に示すＰＤＭＡ構成部に関しては、直接モード
は、最初に、サンプル３２２が所定の最大変位あるいは
法線１１４変位に達するまで、サンプルホルダ３３０と
材料サンプル配列３２０とを試験固定具３２２に向かっ
て既知の速度で移動させることを含む。この方法は、サ
ンプル３３２の元の位置に復帰するまで、変位を戻し、
得られる力−変位曲線を解析して、サンプル３３２の機
械特性を評価することを含む。図１０は、２５μｍ／秒
〜２５０μｍ／秒の範囲の歪み速度で行われる、厚さ１
３．７μｍのポリイミド（ＫＡＰＴＯＮ、登録商標）の
初期変位３８２と戻り変位３８４とに対する代表的な力
−変位曲線３８０を示す。予想どおり、力−変位曲線３
８０は、歪み速度に依存しない。
モードと、「振動」モードで行われた曲げ測定結果を示
す。図８に示すＰＤＭＡ構成部に関しては、直接モード
は、最初に、サンプル３２２が所定の最大変位あるいは
法線１１４変位に達するまで、サンプルホルダ３３０と
材料サンプル配列３２０とを試験固定具３２２に向かっ
て既知の速度で移動させることを含む。この方法は、サ
ンプル３３２の元の位置に復帰するまで、変位を戻し、
得られる力−変位曲線を解析して、サンプル３３２の機
械特性を評価することを含む。図１０は、２５μｍ／秒
〜２５０μｍ／秒の範囲の歪み速度で行われる、厚さ１
３．７μｍのポリイミド（ＫＡＰＴＯＮ、登録商標）の
初期変位３８２と戻り変位３８４とに対する代表的な力
−変位曲線３８０を示す。予想どおり、力−変位曲線３
８０は、歪み速度に依存しない。
【００５５】直接モードの測定のように、振動モード
は、サンプル３２２が所定の最大変位あるいは法線１１
４変位に達するまで、サンプルホルダ３３０と材料サン
プル配列３２０とを試験固定具３２２に向かって既知の
速度で移動させることを含む。しかし、初期の変位に続
いて、この方法は、既知の振幅と周波数とを有する振動
動作するように、変位方向１１４に沿ってサンプルホル
ダ３３０と材料サンプル配列３２０とを移動させること
を含む。詳細は後述するように、振幅と初期変位とは、
動作全体にわたって、サンプル３２２または基板３２４
の変位が以下に述べる線形変形範囲にあるように、典型
的には選択される。
は、サンプル３２２が所定の最大変位あるいは法線１１
４変位に達するまで、サンプルホルダ３３０と材料サン
プル配列３２０とを試験固定具３２２に向かって既知の
速度で移動させることを含む。しかし、初期の変位に続
いて、この方法は、既知の振幅と周波数とを有する振動
動作するように、変位方向１１４に沿ってサンプルホル
ダ３３０と材料サンプル配列３２０とを移動させること
を含む。詳細は後述するように、振幅と初期変位とは、
動作全体にわたって、サンプル３２２または基板３２４
の変位が以下に述べる線形変形範囲にあるように、典型
的には選択される。
【００５６】図１１は、それぞれ、３０μｍの厚さのポ
リスチレンコーティング（サンプル３２２）の有無に応
じた、５０μｍ厚さのポリイミド（ＫＡＰＴＯＮ、登録
商標）に対する振動モードの力−変位曲線４００、４０
２を示す。この振動手法は、あるサンプル３３２に対し
て、分子変形の特徴的なモードと関連する、周波数依存
性の弾性率を得る。このため、電子遷移の特徴的な周波
数を同定する従来のスペクトル分光学的測定と類似して
いるので、この振動手法は、しばしば「動的機械スペク
トル分光法」と呼ばれる。直接モード測定に対する振動
モード測定の利点の１つは、測定が線形変形範囲で行わ
れるときには、力−変位曲線は、正弦波形であり、試験
固定具３２２あるいはプローブ変形と同一の周波数を呈
することである。結果として、測定の実効バンド幅が相
対的に低く、それに対応して、信号−ノイズ比は、相対
的に高い。
リスチレンコーティング（サンプル３２２）の有無に応
じた、５０μｍ厚さのポリイミド（ＫＡＰＴＯＮ、登録
商標）に対する振動モードの力−変位曲線４００、４０
２を示す。この振動手法は、あるサンプル３３２に対し
て、分子変形の特徴的なモードと関連する、周波数依存
性の弾性率を得る。このため、電子遷移の特徴的な周波
数を同定する従来のスペクトル分光学的測定と類似して
いるので、この振動手法は、しばしば「動的機械スペク
トル分光法」と呼ばれる。直接モード測定に対する振動
モード測定の利点の１つは、測定が線形変形範囲で行わ
れるときには、力−変位曲線は、正弦波形であり、試験
固定具３２２あるいはプローブ変形と同一の周波数を呈
することである。結果として、測定の実効バンド幅が相
対的に低く、それに対応して、信号−ノイズ比は、相対
的に高い。
【００５７】振動手法を使用して弾性率を測定するため
に、サンプルホルダ３３０は、第２の移動アクチュエー
タ１１２に配置され、試験固定具３２２は、プローブ１
０４に装着される。第１の（粗い）移動アクチュエータ
１１０は、サンプルホルダ３３０をプローブ１０４の近
傍ではあるが、試験固定具３２２が、可撓性基板３２４
あるいはサンプル配列３２０のいかなるエレメントとも
接触しないような十分な距離に配置する。第２の移動ア
クチュエータ１１２を使用して、ＰＤＭＡ１００は、サ
ンプル配列３２０のエレメント３３２の初期剛性の測定
（変位に対する力の倍率）を行う。次に、第１の移動ア
クチュエータ１１０は、サンプルホルダ３３０を試験固
定具３２２に対して、所定量だけ、典型的には、剛性を
測定する際に使用する振動変位の振幅の半分のステップ
サイズだけ、近付くように移動させ、ＰＤＭＡ１００
は、剛性測定を繰り返す。配列３２０の材料サンプル３
３２の全てが、試験固定具３３２に接触するまで、ＰＤ
ＭＡ１００は、この処理を継続する。
に、サンプルホルダ３３０は、第２の移動アクチュエー
タ１１２に配置され、試験固定具３２２は、プローブ１
０４に装着される。第１の（粗い）移動アクチュエータ
１１０は、サンプルホルダ３３０をプローブ１０４の近
傍ではあるが、試験固定具３２２が、可撓性基板３２４
あるいはサンプル配列３２０のいかなるエレメントとも
接触しないような十分な距離に配置する。第２の移動ア
クチュエータ１１２を使用して、ＰＤＭＡ１００は、サ
ンプル配列３２０のエレメント３３２の初期剛性の測定
（変位に対する力の倍率）を行う。次に、第１の移動ア
クチュエータ１１０は、サンプルホルダ３３０を試験固
定具３２２に対して、所定量だけ、典型的には、剛性を
測定する際に使用する振動変位の振幅の半分のステップ
サイズだけ、近付くように移動させ、ＰＤＭＡ１００
は、剛性測定を繰り返す。配列３２０の材料サンプル３
３２の全てが、試験固定具３３２に接触するまで、ＰＤ
ＭＡ１００は、この処理を継続する。
【００５８】剛性測定は、図７と図１２とを参照するこ
とにより理解され得る。まず図７を参照して、コンピュ
ータ３０４上で動作するソフトウェアは、一次データ取
得基板３０２に、正弦波的に変動する出力電位、Ｖｓを
生成するように指示する。この出力電位は、例えば、固
定された周波数（例えば１０Ｈｚ）で、固定されたサイ
クル数（例えば６６）に対して、第２の移動アクチュエ
ータ１１２の５μｍの振動振幅に相当する。振動の振幅
は、対象のサンプル３３２に対して、センサ１０６で合
理的に大きい信号を生成するように選択される。最初の
２つの波形は、通常は、遷移状態を除外するために、捨
てられる。残るデータは、フーリエ変換されて、第２の
移動アクチュエータ１１２（あるいはサンプルホルダ３
３０）の振動の実際の振幅と、駆動周波数でセンサ１０
６により記録される力の振幅とを抽出する。力の振幅を
動作振幅で除算すると、剛性（Ｎ／ｍ）が得られる。そ
れぞれのセンサ１０６に対する生データは、２つの信号
の相対的な位相を抽出するために、実際の第２の移動ア
クチュエータ１１２の動作に対する生データに対して相
関をとるようにしても良い。この位相は、変形（粘性に
対する弾性）の特性の尺度として作用し、測定した剛性
を、弾性あるいは貯蔵寄与分と、粘性あるいは損失寄与
分とに分離するために使用することができる。
とにより理解され得る。まず図７を参照して、コンピュ
ータ３０４上で動作するソフトウェアは、一次データ取
得基板３０２に、正弦波的に変動する出力電位、Ｖｓを
生成するように指示する。この出力電位は、例えば、固
定された周波数（例えば１０Ｈｚ）で、固定されたサイ
クル数（例えば６６）に対して、第２の移動アクチュエ
ータ１１２の５μｍの振動振幅に相当する。振動の振幅
は、対象のサンプル３３２に対して、センサ１０６で合
理的に大きい信号を生成するように選択される。最初の
２つの波形は、通常は、遷移状態を除外するために、捨
てられる。残るデータは、フーリエ変換されて、第２の
移動アクチュエータ１１２（あるいはサンプルホルダ３
３０）の振動の実際の振幅と、駆動周波数でセンサ１０
６により記録される力の振幅とを抽出する。力の振幅を
動作振幅で除算すると、剛性（Ｎ／ｍ）が得られる。そ
れぞれのセンサ１０６に対する生データは、２つの信号
の相対的な位相を抽出するために、実際の第２の移動ア
クチュエータ１１２の動作に対する生データに対して相
関をとるようにしても良い。この位相は、変形（粘性に
対する弾性）の特性の尺度として作用し、測定した剛性
を、弾性あるいは貯蔵寄与分と、粘性あるいは損失寄与
分とに分離するために使用することができる。
【００５９】図１２は、駆動周波数１０Ｈｚ、振動振幅
５μｍ、粗いステージ（第１の移動アクチュエータ１１
２）の変位ステップサイズが２．５μｍの場合に測定さ
れた、代表的な剛性−変位曲線である。材料サンプル３
３２は、０．００２インチ厚さのポリイミドの可撓性基
板３２４上にデポジットされる、ポリスチレン−ポリ
（エチレン−オクテン共重合体）−ポリスチレンブロッ
クコポリマーの薄いフィルムである。剛性−変位曲線４
０６の第１領域４０８により示されるように、弾性率測
定の開始時には、プローブ１０４は、材料サンプル３３
２と接触していない。曲線４０６のこの領域では、セン
サ１０６は、第２の移動アクチュエータ１１２の振動中
に、電気的ノイズのみを記録し、結果として測定される
剛性は低い（例えば、約１０Ｎ／ｍ以下）。プローブ１
０４の試験固定具３２２が、サンプル配列３２０と接触
するようになるにともなって、センサ１０６は、初期に
は、駆動周波数で、周期的ではあるが非正弦波形的な信
号を観測する。この現象は、剛性−変位曲線４０６の第
２領域により表され、第２の移動アクチュエータ１１２
の最大振動周波数で、プローブとサンプル３３２との接
触に対応する。これらの信号のフーリエ変換は、所定の
プローブ１０６とサンプル３３２とに対して、試験固定
具３２２がサンプル配列３２０エレメント３３２と最初
に接触する点を同定するために使用することができる、
多数の高次調和振動を示す。さらに、第１の移動アクチ
ュエータ１１０（及びサンプルホルダ３３０）の移動に
したがって、センサ１０６からの信号は、徐々に正弦波
形的になる。これらの信号のフーリエ変換は、高次の調
和振動のレベルの低下を示す。剛性−変位曲線４０６の
この第３領域４１２に沿って、測定された剛性は、第１
の移動アクチュエータ１１０とサンプルホルダ３３０と
の変位とともに増加する。
５μｍ、粗いステージ（第１の移動アクチュエータ１１
２）の変位ステップサイズが２．５μｍの場合に測定さ
れた、代表的な剛性−変位曲線である。材料サンプル３
３２は、０．００２インチ厚さのポリイミドの可撓性基
板３２４上にデポジットされる、ポリスチレン−ポリ
（エチレン−オクテン共重合体）−ポリスチレンブロッ
クコポリマーの薄いフィルムである。剛性−変位曲線４
０６の第１領域４０８により示されるように、弾性率測
定の開始時には、プローブ１０４は、材料サンプル３３
２と接触していない。曲線４０６のこの領域では、セン
サ１０６は、第２の移動アクチュエータ１１２の振動中
に、電気的ノイズのみを記録し、結果として測定される
剛性は低い（例えば、約１０Ｎ／ｍ以下）。プローブ１
０４の試験固定具３２２が、サンプル配列３２０と接触
するようになるにともなって、センサ１０６は、初期に
は、駆動周波数で、周期的ではあるが非正弦波形的な信
号を観測する。この現象は、剛性−変位曲線４０６の第
２領域により表され、第２の移動アクチュエータ１１２
の最大振動周波数で、プローブとサンプル３３２との接
触に対応する。これらの信号のフーリエ変換は、所定の
プローブ１０６とサンプル３３２とに対して、試験固定
具３２２がサンプル配列３２０エレメント３３２と最初
に接触する点を同定するために使用することができる、
多数の高次調和振動を示す。さらに、第１の移動アクチ
ュエータ１１０（及びサンプルホルダ３３０）の移動に
したがって、センサ１０６からの信号は、徐々に正弦波
形的になる。これらの信号のフーリエ変換は、高次の調
和振動のレベルの低下を示す。剛性−変位曲線４０６の
この第３領域４１２に沿って、測定された剛性は、第１
の移動アクチュエータ１１０とサンプルホルダ３３０と
の変位とともに増加する。
【００６０】結果的に、剛性−変位曲線４０６の第４領
域４１４に表されるように、プローブ１０６は、第２の
移動アクチュエータの振動全体にわたって、材料サンプ
ル３３２と接触している。ここで、センサ１０６からの
出力信号は、ほぼ純粋に正弦的であり、剛性は、第１の
移動アクチュエータ１１０の位置とは無関係になる。曲
線４０６のこの領域４１４、「線形変形範囲」では、所
定のサンプル３３２に負荷される力は、第２の移動アク
チュエータ１１２の振動振幅の線形関数である。さら
に、剛性−変位曲線４０６のこの領域４１４では、基板
３２４の弾性率と材料サンプル３３２の弾性率とは、そ
の周囲をクランプされている円形のメンブランの変形を
記述する解析モデルを使用して、算出可能である。以下
の式１〜式１１の説明を参照のこと。
域４１４に表されるように、プローブ１０６は、第２の
移動アクチュエータの振動全体にわたって、材料サンプ
ル３３２と接触している。ここで、センサ１０６からの
出力信号は、ほぼ純粋に正弦的であり、剛性は、第１の
移動アクチュエータ１１０の位置とは無関係になる。曲
線４０６のこの領域４１４、「線形変形範囲」では、所
定のサンプル３３２に負荷される力は、第２の移動アク
チュエータ１１２の振動振幅の線形関数である。さら
に、剛性−変位曲線４０６のこの領域４１４では、基板
３２４の弾性率と材料サンプル３３２の弾性率とは、そ
の周囲をクランプされている円形のメンブランの変形を
記述する解析モデルを使用して、算出可能である。以下
の式１〜式１１の説明を参照のこと。
【００６１】変位にともなって剛性が急激に増大する剛
性−変位曲線４０６の領域４１２の幅は、概略、第２の
移動アクチュエータ１１２の振動の振幅の２倍に等し
い。このため、第１の（粗い）移動アクチュエータ１１
０の１／２のステップサイズを使用して、振動振幅は、
この領域を通して、少なくとも４つのデータ点を確保
し、線形変形範囲（「線形剛性」）の端部で、サンプル
３３２の剛性を合理的に正確に見積もることを提供す
る。サンプル３３２の全てを試験固定具３３２に接触さ
せるために、あるサンプル３３２が、剛性−変位曲線４
０６の第５領域４１６にあるような位置まで、第１の移
動アクチュエータ１１０を移動させる必要があり得る。
曲線４０６のこの領域４１６は、線形変形範囲４１４の
外側であり、第１の移動アクチュエータ１１０の変位が
増加するにつれて、サンプルの剛性が増大することを示
す。
性−変位曲線４０６の領域４１２の幅は、概略、第２の
移動アクチュエータ１１２の振動の振幅の２倍に等し
い。このため、第１の（粗い）移動アクチュエータ１１
０の１／２のステップサイズを使用して、振動振幅は、
この領域を通して、少なくとも４つのデータ点を確保
し、線形変形範囲（「線形剛性」）の端部で、サンプル
３３２の剛性を合理的に正確に見積もることを提供す
る。サンプル３３２の全てを試験固定具３３２に接触さ
せるために、あるサンプル３３２が、剛性−変位曲線４
０６の第５領域４１６にあるような位置まで、第１の移
動アクチュエータ１１０を移動させる必要があり得る。
曲線４０６のこの領域４１６は、線形変形範囲４１４の
外側であり、第１の移動アクチュエータ１１０の変位が
増加するにつれて、サンプルの剛性が増大することを示
す。
【００６２】ＰＤＭＡは、第１の移動アクチュエータ１
１０の初期位置から開始して、予め定められた閾値（例
えば、２５Ｎ／ｍ）を越える最初の剛性測定値を同定す
ることにより、自動的に、材料サンプル３３２のそれぞ
れの剛性−変位曲線４０６に対する線形剛性を決定す
る。一旦この閾値を越えると、２Ａ／Ｃ＋１ステップ後
に測定される剛性は、線形剛性に等しいと仮定され、記
録される。ここで、Ａは、第２のアクチュエータ１１２
の振動振幅であり、Ｃは、第１の（粗い）移動アクチュ
エータ１１０の変位である。
１０の初期位置から開始して、予め定められた閾値（例
えば、２５Ｎ／ｍ）を越える最初の剛性測定値を同定す
ることにより、自動的に、材料サンプル３３２のそれぞ
れの剛性−変位曲線４０６に対する線形剛性を決定す
る。一旦この閾値を越えると、２Ａ／Ｃ＋１ステップ後
に測定される剛性は、線形剛性に等しいと仮定され、記
録される。ここで、Ａは、第２のアクチュエータ１１２
の振動振幅であり、Ｃは、第１の（粗い）移動アクチュ
エータ１１０の変位である。
【００６３】基板３２４と材料サンプル３３２との弾性
率は、その周囲をクランプされている円形のメンブラン
の変形を記述する解析モデルを使用して、力−変位曲線
３６０、３６２、４００、４０２から取得可能である。
円形のメンブランの厚さの半分までの変形、即ち線形変
形範囲に対しては、変位量ｙは、次式により与えられ
る。
率は、その周囲をクランプされている円形のメンブラン
の変形を記述する解析モデルを使用して、力−変位曲線
３６０、３６２、４００、４０２から取得可能である。
円形のメンブランの厚さの半分までの変形、即ち線形変
形範囲に対しては、変位量ｙは、次式により与えられ
る。
【数１】ｙ＝−Ｆｒ２／１６πＤ （式１）
【数２】Ｄ＝Ｅδ３／１２（１−ν２） （式２） ここで、Ｅは、クランプされたフィルムあるいはメンブ
ランの弾性率であり、ｒは、フィルムの半径であり、δ
は、フィルムの厚さであり、Ｆは、変形に由来する力で
あり、νは、ポアソン比であり、それは、しばしば０．
３程度であると仮定され、Ｄは、板定数である。W.C.Yo
ungの”Roark's Formulas for Stress andStrain",1988
を参照のこと。さらに厚いフィルムの変位に対しては、
変位量は、次式により近似される。
ランの弾性率であり、ｒは、フィルムの半径であり、δ
は、フィルムの厚さであり、Ｆは、変形に由来する力で
あり、νは、ポアソン比であり、それは、しばしば０．
３程度であると仮定され、Ｄは、板定数である。W.C.Yo
ungの”Roark's Formulas for Stress andStrain",1988
を参照のこと。さらに厚いフィルムの変位に対しては、
変位量は、次式により近似される。
【数３】 Ｆｒ２／Ｅδ４＝ｋ１（ｙ／δ）＋ｋ２（ｙ／δ）３ （式３） ここで、ｋ１とｋ２とは、クランプされたフィルム３２
４の面積とこれに接触する試験固定具３２２の面積との
比に依存する定数である。これらの定数の値は、幅広い
面積比に対して摂動される。変位とフィルム厚さとの相
対的な倍率に応じて、式１〜式３は、Ｆの値と力−変位
曲線３６０、３６２、４０２から得られるｙとに対し
て、基板３２４の弾性率、Ｅ１を生成する。
４の面積とこれに接触する試験固定具３２２の面積との
比に依存する定数である。これらの定数の値は、幅広い
面積比に対して摂動される。変位とフィルム厚さとの相
対的な倍率に応じて、式１〜式３は、Ｆの値と力−変位
曲線３６０、３６２、４０２から得られるｙとに対し
て、基板３２４の弾性率、Ｅ１を生成する。
【００６４】基板３２４の弾性率が与えられると、その
周縁部に沿ってクランプされた複合円形フィルムあるい
はプレートの変位を記述する解析モデルから、サンプル
３２２の弾性率が得られる。弾性率Ｅ１、Ｅ２と、厚さ
δ１、δ２を有する２つの材料から形成された複合プレ
ートに対する板定数Ｄは、次式により与えられる。
周縁部に沿ってクランプされた複合円形フィルムあるい
はプレートの変位を記述する解析モデルから、サンプル
３２２の弾性率が得られる。弾性率Ｅ１、Ｅ２と、厚さ
δ１、δ２を有する２つの材料から形成された複合プレ
ートに対する板定数Ｄは、次式により与えられる。
【数４】Ｄ＝ＫＤ１ （式４） Ｄに対する式の中で、
【数５】 Ｋ＝１＋ετ３＋３（１＋τ）２／（１＋１／ετ） （式５）
【数６】ε＝Ｅ１／Ｅ２ （式６）
【数７】τ＝δ１／δ２ （式７） 式４〜式７中の下付き数字”１”、”２”が、それぞ
れ、サンプル３３２と基板３２４とを参照し、さらに、
ｆ＝Ｆ２／Ｆ１が、被覆されている基板と被覆されてい
ない基板とに対する同一の変位量ｙで測定される力の比
を表する場合には、式１、式２により記述される小さい
変形に対しては、式５は、次式になる。
れ、サンプル３３２と基板３２４とを参照し、さらに、
ｆ＝Ｆ２／Ｆ１が、被覆されている基板と被覆されてい
ない基板とに対する同一の変位量ｙで測定される力の比
を表する場合には、式１、式２により記述される小さい
変形に対しては、式５は、次式になる。
【数８】 ｆ＝１＋ετ３＋３（１＋τ）２／（１＋１／ετ） （式８） 式８を拡張し、類似項を集めて次式を得る。
【数９】 （ετ）２τ２＋（ετ）（４τ２＋６τ＋４−ｆ）＋（１−ｆ）＝０ （式９） τ、ｆとＥ１は、既知であるので、式９は、式６から計
算され得るεとＥ２とに対して、解くことができる。
算され得るεとＥ２とに対して、解くことができる。
【００６５】曲げ測定の他の実施例は、（１）自由支持
される金属フィルムではよくあるように、可撓性基板の
機械特性を対象とする場合、コーティングを考慮しない
こと、（２）円形基板３２４を矩形梁あるいは他の既知
形状の構造体で置き換えること、及び（３）可撓性基板
３２４のクランプされない面積よりも実質的に小さい表
面積で、サンプル配列３２０と接触する半球状の端部３
３６を、試験固定具３２２が有するという制約を緩和す
ること、とを含む。
される金属フィルムではよくあるように、可撓性基板の
機械特性を対象とする場合、コーティングを考慮しない
こと、（２）円形基板３２４を矩形梁あるいは他の既知
形状の構造体で置き換えること、及び（３）可撓性基板
３２４のクランプされない面積よりも実質的に小さい表
面積で、サンプル配列３２０と接触する半球状の端部３
３６を、試験固定具３２２が有するという制約を緩和す
ること、とを含む。
【００６６】（ヤング率−一軸引張及び二軸圧縮）図１
３は、材料サンプル配列４２０の一部と、ＰＤＭＡ１０
０が、一軸引張及び二軸圧縮測定に基づいて、材料のラ
イブラリをスクリーニングするために使用することがで
きる、試験固定具４２２との断面図を示す。サンプル配
列４２０は、一般的には、移動可能なサンプルホルダ４
２６に装着された硬い基板４２４を含む。材料のライブ
ラリに属する別々の材料サンプル４２８は、硬い基板４
２４と試験固定具４２２との間に挟持される。一軸引張
に由来する引張力を測定する場合には、材料サンプル４
２８は、硬い基板４２４と試験固定具とに結合される。
第２の移動アクチュエータ１１２を使用して、サンプル
ホルダ４２６と、硬い基板４２４とサンプル配列４２０
とは、サンプル配列４２０を含む平面の法線方向４３０
に、試験固定具４２２から離れるように移動する。この
移動中に、ＰＤＭＡ１００は、サンプル配列４２０の変
位の関数として、センサ１０６で、試験固定具４２２に
負荷される引張力を記録する。
３は、材料サンプル配列４２０の一部と、ＰＤＭＡ１０
０が、一軸引張及び二軸圧縮測定に基づいて、材料のラ
イブラリをスクリーニングするために使用することがで
きる、試験固定具４２２との断面図を示す。サンプル配
列４２０は、一般的には、移動可能なサンプルホルダ４
２６に装着された硬い基板４２４を含む。材料のライブ
ラリに属する別々の材料サンプル４２８は、硬い基板４
２４と試験固定具４２２との間に挟持される。一軸引張
に由来する引張力を測定する場合には、材料サンプル４
２８は、硬い基板４２４と試験固定具とに結合される。
第２の移動アクチュエータ１１２を使用して、サンプル
ホルダ４２６と、硬い基板４２４とサンプル配列４２０
とは、サンプル配列４２０を含む平面の法線方向４３０
に、試験固定具４２２から離れるように移動する。この
移動中に、ＰＤＭＡ１００は、サンプル配列４２０の変
位の関数として、センサ１０６で、試験固定具４２２に
負荷される引張力を記録する。
【００６７】二軸圧縮を測定する場合には、図１３の材
料サンプル４２８は、硬い基板４２４と試験固定具とに
は結合されない。その代わり、サンプル４２８は、圧縮
されるときには、横方向に流れる。材料サンプル４２８
と接触する、基板４２４と試験固定具４２２との表面４
３２、４３４は、低い摩擦係数を有し、摩擦に対応する
サンプルの変形を最小限に抑えるように設計される。基
板４２４と試験固定具４２２とは、弗素系高分子のよう
な低摩擦材料から構成されても良く、あるいはそれらの
表面４３２、４３４は、潤滑油で覆われても良い。好ま
しい実施例においては、試験固定具４２２それぞれの表
面４３４は、一般的には、平滑で、平坦で、線対称であ
り、材料サンプル４２８の直径と同程度の直径を有す
る。代表的な測定に際しては、試験固定具４２２とサン
プル配列４２０とは、第１の移動アクチュエータ１１０
により接触させられ、第２の移動アクチュエータ１１２
は、定められた変形速度で、材料サンプル４２８を圧縮
し、その間センサ１０６は、試験固定具４２２に負荷さ
れる力を測定する。別の実施例では、第２の移動アクチ
ュエータ１１２は、既知の振幅と周波数とで、材料サン
プル４２８を正弦的に圧縮し、その間センサ１０６は、
試験固定具４２２にかかる圧縮力を測定する。力と変位
波形とを比較することにより、その周波数での材料サン
プル４２８の複素圧縮弾性率が得られる。小さい歪みで
の圧縮測定は、固体に限定されるわけではなく、粘弾性
液体に対しても、同様に実行可能である。結果の波形か
ら、液体サンプル４２８の二軸伸張弾性率が得られる。
料サンプル４２８は、硬い基板４２４と試験固定具とに
は結合されない。その代わり、サンプル４２８は、圧縮
されるときには、横方向に流れる。材料サンプル４２８
と接触する、基板４２４と試験固定具４２２との表面４
３２、４３４は、低い摩擦係数を有し、摩擦に対応する
サンプルの変形を最小限に抑えるように設計される。基
板４２４と試験固定具４２２とは、弗素系高分子のよう
な低摩擦材料から構成されても良く、あるいはそれらの
表面４３２、４３４は、潤滑油で覆われても良い。好ま
しい実施例においては、試験固定具４２２それぞれの表
面４３４は、一般的には、平滑で、平坦で、線対称であ
り、材料サンプル４２８の直径と同程度の直径を有す
る。代表的な測定に際しては、試験固定具４２２とサン
プル配列４２０とは、第１の移動アクチュエータ１１０
により接触させられ、第２の移動アクチュエータ１１２
は、定められた変形速度で、材料サンプル４２８を圧縮
し、その間センサ１０６は、試験固定具４２２に負荷さ
れる力を測定する。別の実施例では、第２の移動アクチ
ュエータ１１２は、既知の振幅と周波数とで、材料サン
プル４２８を正弦的に圧縮し、その間センサ１０６は、
試験固定具４２２にかかる圧縮力を測定する。力と変位
波形とを比較することにより、その周波数での材料サン
プル４２８の複素圧縮弾性率が得られる。小さい歪みで
の圧縮測定は、固体に限定されるわけではなく、粘弾性
液体に対しても、同様に実行可能である。結果の波形か
ら、液体サンプル４２８の二軸伸張弾性率が得られる。
【００６８】（ヤング率−剪断）図１４は、材料サンプ
ル配列４６０と、図１のＰＤＭＡ１００が、剪断力の測
定に基づいて材料のライブラリをスクリーニングするた
めに使用できる試験固定具４６２との代表的構成要素の
断面図を示す。サンプル配列４６０のそれぞれのエレメ
ント４６４と、対応する試験固定具４６２とは、対称軸
を含む平面に沿って、二等分されるシリンダの一部を形
成する。シリンダ（試験固定具４６２）軸に平行ではあ
るが、それから離れて配置されているテーパ形状の凹部
４７０を有する円柱状キャップ４６８内に、試験固定具
４６２のベース４６６が含まれる。サンプル配列４６０
エレメント４６４の先端部４７２は、テーパ形状の凹部
４７０に対応するテーパピン４７４中に形成される。ピ
ン４７４を凹部４７０に挿入すると、サンプル配列エレ
メント４６４それぞれの矩形面４７６、４７８と試験固
定具４６２とは一体化し、この面４７６、４７８上に存
在する材料サンプル４８０を圧縮し、剪断する。サンプ
ル配列エレメントは、移動可能なサンプルホルダ４８４
に装着された硬い基板４８２に結合される。材料サンプ
ル４８０は、測定前に、片面あるいは両面４７６、４７
８に積層される、所望の寸法のシート状に形成されても
良い。あるいは、サンプル４８０は、溶媒中に溶解さ
れ、標準的な液体取扱手法により、面４７６、４７８の
１つまたは両者にデポジットされ得る。溶媒の気化に続
いて、サンプル４８０は、試験固定具４６２の面４７
６、４７８とサンプル配列エレメント４６４との間で圧
縮される。典型的な測定は、それらの面４７６、４７８
に平行な方向４８６に、サンプル配列４６０を試験固定
具４６２から相対的に離し、その間、試験固定具４６２
上に発生する剪断力を測定する。あるいは、第２の移動
アクチュエータ１１２がサンプル配列４６０の変位を正
弦的に変化させ、その間、試験固定具４６２上に発生す
る剪断力の振幅と相対的な位相とを測定する。そのよう
な測定から、ヤング率、粘弾性的弾性率及び接着特性を
得ることができる。密接に関連する試験では、所定の力
に対して、ＰＤＭＡ１００は、材料サンプル４８０の接
着破壊あるいは凝集破壊に要求される時間を測定するこ
とができる。
ル配列４６０と、図１のＰＤＭＡ１００が、剪断力の測
定に基づいて材料のライブラリをスクリーニングするた
めに使用できる試験固定具４６２との代表的構成要素の
断面図を示す。サンプル配列４６０のそれぞれのエレメ
ント４６４と、対応する試験固定具４６２とは、対称軸
を含む平面に沿って、二等分されるシリンダの一部を形
成する。シリンダ（試験固定具４６２）軸に平行ではあ
るが、それから離れて配置されているテーパ形状の凹部
４７０を有する円柱状キャップ４６８内に、試験固定具
４６２のベース４６６が含まれる。サンプル配列４６０
エレメント４６４の先端部４７２は、テーパ形状の凹部
４７０に対応するテーパピン４７４中に形成される。ピ
ン４７４を凹部４７０に挿入すると、サンプル配列エレ
メント４６４それぞれの矩形面４７６、４７８と試験固
定具４６２とは一体化し、この面４７６、４７８上に存
在する材料サンプル４８０を圧縮し、剪断する。サンプ
ル配列エレメントは、移動可能なサンプルホルダ４８４
に装着された硬い基板４８２に結合される。材料サンプ
ル４８０は、測定前に、片面あるいは両面４７６、４７
８に積層される、所望の寸法のシート状に形成されても
良い。あるいは、サンプル４８０は、溶媒中に溶解さ
れ、標準的な液体取扱手法により、面４７６、４７８の
１つまたは両者にデポジットされ得る。溶媒の気化に続
いて、サンプル４８０は、試験固定具４６２の面４７
６、４７８とサンプル配列エレメント４６４との間で圧
縮される。典型的な測定は、それらの面４７６、４７８
に平行な方向４８６に、サンプル配列４６０を試験固定
具４６２から相対的に離し、その間、試験固定具４６２
上に発生する剪断力を測定する。あるいは、第２の移動
アクチュエータ１１２がサンプル配列４６０の変位を正
弦的に変化させ、その間、試験固定具４６２上に発生す
る剪断力の振幅と相対的な位相とを測定する。そのよう
な測定から、ヤング率、粘弾性的弾性率及び接着特性を
得ることができる。密接に関連する試験では、所定の力
に対して、ＰＤＭＡ１００は、材料サンプル４８０の接
着破壊あるいは凝集破壊に要求される時間を測定するこ
とができる。
【００６９】（ヤング率と硬度−圧入（インデンテーシ
ョン））図１５は、材料サンプル配列５００の一部と、
図１のＰＤＭＡ１００が、圧入測定に基づいて材料のラ
イブラリをスクリーニングするために使用できる、代表
的な試験固定具５０２との代表的構成要素の断面図を示
す。典型的な圧入測定では、試験固定具５０２を既知の
距離だけ、材料サンプル５０４中に駆動するために必要
な力がセンサ１０６により測定され、それは、材料サン
プル５０４の種々の特性と関連する。発生する変形は、
一般的に、塑性的成分と弾性的成分の両者を含み、解析
を複雑にする。解析上の困難さが、一般的には、材料サ
ンプル５０４が、所定の変形速度と侵入深さとに対する
侵入力に基づいて、ランク付けされる、測定値を指標化
するための手法の使用を制約する。サンプル５０４は、
ポリイミドのような、可撓性基板上に配置されても良い
が、侵入力は、基板の変形に由来する成分を含むことに
なる。このため、サンプルは、一般的には、移動可能な
サンプルホルダ５０８に装着される、アルミニウムある
いはステンレスのような、硬い基板５０６上に配置され
る。試験固定具５０２のそれぞれは、既知の直径のステ
ンレス鋼の半球、既知の開口角度のステンレス鋼の針
（尖端）、あるいは平坦な先端部を有する円柱状に対称
なロッドであっても良い。
ョン））図１５は、材料サンプル配列５００の一部と、
図１のＰＤＭＡ１００が、圧入測定に基づいて材料のラ
イブラリをスクリーニングするために使用できる、代表
的な試験固定具５０２との代表的構成要素の断面図を示
す。典型的な圧入測定では、試験固定具５０２を既知の
距離だけ、材料サンプル５０４中に駆動するために必要
な力がセンサ１０６により測定され、それは、材料サン
プル５０４の種々の特性と関連する。発生する変形は、
一般的に、塑性的成分と弾性的成分の両者を含み、解析
を複雑にする。解析上の困難さが、一般的には、材料サ
ンプル５０４が、所定の変形速度と侵入深さとに対する
侵入力に基づいて、ランク付けされる、測定値を指標化
するための手法の使用を制約する。サンプル５０４は、
ポリイミドのような、可撓性基板上に配置されても良い
が、侵入力は、基板の変形に由来する成分を含むことに
なる。このため、サンプルは、一般的には、移動可能な
サンプルホルダ５０８に装着される、アルミニウムある
いはステンレスのような、硬い基板５０６上に配置され
る。試験固定具５０２のそれぞれは、既知の直径のステ
ンレス鋼の半球、既知の開口角度のステンレス鋼の針
（尖端）、あるいは平坦な先端部を有する円柱状に対称
なロッドであっても良い。
【００７０】図１６は、硬い基板上に配置された溶融圧
下したポリスチレンに対する力−変位曲線を示す。３つ
の曲線５２２、５２４、５２６は、それぞれ、侵入深さ
が、３５μｍ、８０μｍ、１２０μｍの場合の力−変位
プロファイルを表す。力−変位曲線は、小さい変形に対
してはある程度の再現性があるが、塑性変形が、サンプ
ル厚さの約１０％（の変形）で出現する。
下したポリスチレンに対する力−変位曲線を示す。３つ
の曲線５２２、５２４、５２６は、それぞれ、侵入深さ
が、３５μｍ、８０μｍ、１２０μｍの場合の力−変位
プロファイルを表す。力−変位曲線は、小さい変形に対
してはある程度の再現性があるが、塑性変形が、サンプ
ル厚さの約１０％（の変形）で出現する。
【００７１】（粘度）図１７は、材料サンプル配列５４
０の一部と、図１のＰＤＭＡ１００が、粘度に関連する
測定に基づいて材料のライブラリをスクリーニングする
ために使用できる、代表的な試験固定具５４２との代表
的構成要素の断面図を示す。一般的に、所定の相対速度
で、液体中を、既知の寸法と、既知の形状と、既知の表
面とを有する物体を移動させるために必要な力は、粘度
の尺度を提供する。しかし、この力を測定することが液
体の粘度と対応し得るかどうかは、相対運動により誘起
される流れ場の複雑性に強く依存する。
０の一部と、図１のＰＤＭＡ１００が、粘度に関連する
測定に基づいて材料のライブラリをスクリーニングする
ために使用できる、代表的な試験固定具５４２との代表
的構成要素の断面図を示す。一般的に、所定の相対速度
で、液体中を、既知の寸法と、既知の形状と、既知の表
面とを有する物体を移動させるために必要な力は、粘度
の尺度を提供する。しかし、この力を測定することが液
体の粘度と対応し得るかどうかは、相対運動により誘起
される流れ場の複雑性に強く依存する。
【００７２】図１７に示す実施例は、相対的に単純な流
れ場を生成するので、正確な粘度測定が可能となる。そ
れぞれの試験固定具５４２は、液体サンプル５４６を含
む円柱状に対称なウェル５４４を有する。液体サンプル
５４６に加えて、材料サンプル配列５４０は、ウェル５
４４の対称軸と実質的に一列に並んだ軸を有する、空間
的に離れた円柱状ロッド５４８を有する。この円柱状ロ
ッド５４８は、移動可能なサンプルホルダ５５２に装着
される硬い基板５５０に配置される。それぞれの試験固
定具５４２に対して、ウェル５４４の深さとウェル５４
４の半径との比は、一般的には、１より遙かに大きい。
結果として、ロッド５４８とウェル５４４との相対的な
変位は、ロッド５４８の端部近傍の流れではなく、ロッ
ド５４８とウェル５４４との間に形成される環状の隙間
５５４内での液体サンプル５４６の運動により支配され
る流れを誘起する。粘度測定は、一定の速度で、ロッド
５４８をウェル５４４に挿入するために第２の移動アク
チュエータ１１２を使用すること、及びセンサ１０６で
試験固定具５４２上の力を測定することを含む。この変
形は、可逆的であっても良く、センサ１０６は、一定の
変形速度で、ウェル５４４からロッド５４８を脱着する
ために必要な力を測定する。
れ場を生成するので、正確な粘度測定が可能となる。そ
れぞれの試験固定具５４２は、液体サンプル５４６を含
む円柱状に対称なウェル５４４を有する。液体サンプル
５４６に加えて、材料サンプル配列５４０は、ウェル５
４４の対称軸と実質的に一列に並んだ軸を有する、空間
的に離れた円柱状ロッド５４８を有する。この円柱状ロ
ッド５４８は、移動可能なサンプルホルダ５５２に装着
される硬い基板５５０に配置される。それぞれの試験固
定具５４２に対して、ウェル５４４の深さとウェル５４
４の半径との比は、一般的には、１より遙かに大きい。
結果として、ロッド５４８とウェル５４４との相対的な
変位は、ロッド５４８の端部近傍の流れではなく、ロッ
ド５４８とウェル５４４との間に形成される環状の隙間
５５４内での液体サンプル５４６の運動により支配され
る流れを誘起する。粘度測定は、一定の速度で、ロッド
５４８をウェル５４４に挿入するために第２の移動アク
チュエータ１１２を使用すること、及びセンサ１０６で
試験固定具５４２上の力を測定することを含む。この変
形は、可逆的であっても良く、センサ１０６は、一定の
変形速度で、ウェル５４４からロッド５４８を脱着する
ために必要な力を測定する。
【００７３】密接に関連する第２の実施例では、試験固
定具５４２のそれぞれは、ウェル５４４それぞれの底部
にセンタリングされた、図示しない１つの貫通孔を有す
る。この貫通孔は、ウェル５４４の直径よりも遙かに小
さい直径を有する。図１７に示す円柱状ロッド５４８の
代わりに、第２の実施例は、細いワイヤ、高分子繊維、
あるいは、それぞれの貫通孔の直径よりも小さい直径を
有する他の円柱状フィラメント（図示しない）を含む。
それぞれのフィラメントの一の端部は、硬い基板５５０
に装着され、一方で、他の端部は、ウェル５４４の底部
５５６の貫通孔を通過する。典型的には、貫通孔に隣接
するフィラメントの端部は、”自由状態”で残され、そ
のため、フィラメントは、ウェル５４４の軸と実質的に
一列に並んだ状態を維持するために十分な曲げ剛性を有
する。必要な剛性を欠く場合には、試験固定具５４２に
隣接して配置される、図示しない板の小さい直径の隙間
を有する孔に、それらを押し込むことにより、フィラメ
ントは束縛される。ウェル５４４は、高分子融液のよう
な高粘度の液体で充満し、液体の粘性随伴と表面張力と
は、それぞれのウェル５４４内に液体を保持するために
十分（な値）である。粘度測定を実行するために、第２
の移動アクチュエータ１１２は、一定の速度で、貫通孔
からフィラメントを引き出し、センサ１０６は、試験固
定具５４２（ウェル５４４）上に負荷される力を測定す
る。フィラメント長さは、一般的に、貫通孔内で定常流
れが達成され得るように、ウェル深さよりも大きい。第
１の実施例と比較すると、この方法は、高粘度の液体に
対して、サンプル調製を簡略化し、繊維、帯及びシート
コーティング等の通常の工業プロセスに、さらに適用可
能な結果を生成する。
定具５４２のそれぞれは、ウェル５４４それぞれの底部
にセンタリングされた、図示しない１つの貫通孔を有す
る。この貫通孔は、ウェル５４４の直径よりも遙かに小
さい直径を有する。図１７に示す円柱状ロッド５４８の
代わりに、第２の実施例は、細いワイヤ、高分子繊維、
あるいは、それぞれの貫通孔の直径よりも小さい直径を
有する他の円柱状フィラメント（図示しない）を含む。
それぞれのフィラメントの一の端部は、硬い基板５５０
に装着され、一方で、他の端部は、ウェル５４４の底部
５５６の貫通孔を通過する。典型的には、貫通孔に隣接
するフィラメントの端部は、”自由状態”で残され、そ
のため、フィラメントは、ウェル５４４の軸と実質的に
一列に並んだ状態を維持するために十分な曲げ剛性を有
する。必要な剛性を欠く場合には、試験固定具５４２に
隣接して配置される、図示しない板の小さい直径の隙間
を有する孔に、それらを押し込むことにより、フィラメ
ントは束縛される。ウェル５４４は、高分子融液のよう
な高粘度の液体で充満し、液体の粘性随伴と表面張力と
は、それぞれのウェル５４４内に液体を保持するために
十分（な値）である。粘度測定を実行するために、第２
の移動アクチュエータ１１２は、一定の速度で、貫通孔
からフィラメントを引き出し、センサ１０６は、試験固
定具５４２（ウェル５４４）上に負荷される力を測定す
る。フィラメント長さは、一般的に、貫通孔内で定常流
れが達成され得るように、ウェル深さよりも大きい。第
１の実施例と比較すると、この方法は、高粘度の液体に
対して、サンプル調製を簡略化し、繊維、帯及びシート
コーティング等の通常の工業プロセスに、さらに適用可
能な結果を生成する。
【００７４】図１８は、材料サンプル配列５８０の一部
と、図１のＰＤＭＡ１００が、メルトフローインデック
ス（ＭＩ）に基づいて材料のライブラリをスクリーニン
グするために使用できる、代表的な試験固定具５８２と
の代表的構成要素の断面図を示す。サンプル配列は、第
１の円柱状リザーバ５８４と第２の円柱状リザーバ５８
６と、初期には、第１の円柱状リザーバ５８４に保持さ
れる液体サンプル５８８とを有する。第１の円柱状リザ
ーバ５８４よりも若干大きい容積を有する第２の円柱状
リザーバ５８６は、移動可能なサンプルホルダ５９２に
装着される硬い基板５９０に配置される。第１の円柱状
リザーバ５８４及び第２の円柱状リザーバ５８６の直径
よりも遙かに小さい内径を有する円柱状チューブ５９４
は、２つのリザーバ５８４、５８６の間の流体の流通を
提供する。さらに、硬い基板５９０に隣接して配置され
るベント孔５９６は、第２の円柱状リザーバ５８６と雰
囲気（大気）との間の流体の流通を提供する。試験固定
具５８２は、第１の円柱状リザーバ５８４の開放端６０
０に挿入されたピストン５９８を含む。ピストン５９８
のそれぞれは、第１の円柱状リザーバ５８４の内径にほ
ぼ一致する直径を有し、そのため、ピストン５８４と第
１の円柱状リザーバ５８４との間で液体漏れのないシー
ルを確実にする。
と、図１のＰＤＭＡ１００が、メルトフローインデック
ス（ＭＩ）に基づいて材料のライブラリをスクリーニン
グするために使用できる、代表的な試験固定具５８２と
の代表的構成要素の断面図を示す。サンプル配列は、第
１の円柱状リザーバ５８４と第２の円柱状リザーバ５８
６と、初期には、第１の円柱状リザーバ５８４に保持さ
れる液体サンプル５８８とを有する。第１の円柱状リザ
ーバ５８４よりも若干大きい容積を有する第２の円柱状
リザーバ５８６は、移動可能なサンプルホルダ５９２に
装着される硬い基板５９０に配置される。第１の円柱状
リザーバ５８４及び第２の円柱状リザーバ５８６の直径
よりも遙かに小さい内径を有する円柱状チューブ５９４
は、２つのリザーバ５８４、５８６の間の流体の流通を
提供する。さらに、硬い基板５９０に隣接して配置され
るベント孔５９６は、第２の円柱状リザーバ５８６と雰
囲気（大気）との間の流体の流通を提供する。試験固定
具５８２は、第１の円柱状リザーバ５８４の開放端６０
０に挿入されたピストン５９８を含む。ピストン５９８
のそれぞれは、第１の円柱状リザーバ５８４の内径にほ
ぼ一致する直径を有し、そのため、ピストン５８４と第
１の円柱状リザーバ５８４との間で液体漏れのないシー
ルを確実にする。
【００７５】メルトフローインデックスに基づくスクリ
ーニングは、円柱状チューブ５９４を介して、液体サン
プル５８８を第２の円柱状リザーバ５８６に移動させ
る、第２の移動アクチュエータ１１２を使用して、一定
の速度で、サンプル配列５８０と、サンプルホルダ５９
２とをピストン５９８に向かって移動させることを含
む。このスクリーニング方法は、さらに、液体サンプル
５８８が円柱状チューブ５９４に流れ込む間に、センサ
１０６で、試験固定具５８２（ピストン５９８）に負荷
される力を測定し、記録することを含む。ピストン５９
８と第１の円柱状リザーバ５８４の内壁との間の摩擦を
無視すれば、所定の剪断速度における、粘度、ηは、円
筒内の層流に対する次のハーゲン−ポアゾイユ（Hagen-
Poiseulle）方程式から、決定され得る。
ーニングは、円柱状チューブ５９４を介して、液体サン
プル５８８を第２の円柱状リザーバ５８６に移動させ
る、第２の移動アクチュエータ１１２を使用して、一定
の速度で、サンプル配列５８０と、サンプルホルダ５９
２とをピストン５９８に向かって移動させることを含
む。このスクリーニング方法は、さらに、液体サンプル
５８８が円柱状チューブ５９４に流れ込む間に、センサ
１０６で、試験固定具５８２（ピストン５９８）に負荷
される力を測定し、記録することを含む。ピストン５９
８と第１の円柱状リザーバ５８４の内壁との間の摩擦を
無視すれば、所定の剪断速度における、粘度、ηは、円
筒内の層流に対する次のハーゲン−ポアゾイユ（Hagen-
Poiseulle）方程式から、決定され得る。
【数１０】 Ｑ＝πｄ４ΔＰ／１２８ｌη （式１０） ここで、Ｑは、容積流れ速度であり、ｄ、ｌは、円柱状
チューブ５９４の内径と長さであり、ΔＰは、長さｌで
の圧力損失である。式１０の中で、Ｑは、変形速度と第
１の円柱状リザーバ５８４の断面積との積である。ΔＰ
は、近似的に、測定された力を第１の円柱状リザーバ５
８４の断面積で除したものである。
チューブ５９４の内径と長さであり、ΔＰは、長さｌで
の圧力損失である。式１０の中で、Ｑは、変形速度と第
１の円柱状リザーバ５８４の断面積との積である。ΔＰ
は、近似的に、測定された力を第１の円柱状リザーバ５
８４の断面積で除したものである。
【００７６】（レオロジー）図１７に示すサンプル配列
５４０と試験固定具５４２とは、また、複素流体のレオ
ロジー的（流れ）特性を測定するために使用可能であ
る。サンプル配列５４０は、円柱状ロッド５４８あるい
は既知の長さと直径とを有する、粘性流体サンプル５４
６で覆われたステンレスピンを有する。試験固定具５４
２は、軸方向の距離に応じて変化する内径を有する、中
空シリンダあるいはウェル５４４から構成される。ウェ
ル５４４の底部５５６近傍では、内径は、実質的に、ス
テンレスピン５４８の外径よりも大きく、ウェル５４４
の開放端５５８近傍では、内径は、ステンレスピン５４
８の外径よりも若干大きい。ウェル５４４内では、小さ
い内径から大きい内径への遷移は急激であり、小さい直
径領域の長さは、既知である。
５４０と試験固定具５４２とは、また、複素流体のレオ
ロジー的（流れ）特性を測定するために使用可能であ
る。サンプル配列５４０は、円柱状ロッド５４８あるい
は既知の長さと直径とを有する、粘性流体サンプル５４
６で覆われたステンレスピンを有する。試験固定具５４
２は、軸方向の距離に応じて変化する内径を有する、中
空シリンダあるいはウェル５４４から構成される。ウェ
ル５４４の底部５５６近傍では、内径は、実質的に、ス
テンレスピン５４８の外径よりも大きく、ウェル５４４
の開放端５５８近傍では、内径は、ステンレスピン５４
８の外径よりも若干大きい。ウェル５４４内では、小さ
い内径から大きい内径への遷移は急激であり、小さい直
径領域の長さは、既知である。
【００７７】図１のＰＤＭＡ１００を使用したレオロジ
ー測定は、一般的には、流体サンプル５４６が、ウェル
５４４の小さい直径領域の長さを覆うように、ピンをウ
ェル５４４に挿入するための第１のアクチュエータ１１
０を十分離して使用することを含む。この方法は、ま
た、第２の移動アクチュエータ１１２を使用して、材料
サンプル配列５４０（サンプルホルダ５５２）を正弦的
に移動させ、ピン５４８と円柱状ウェル５４４との間の
環状の隙間に閉じ込められた流体サンプル５４６を剪断
することを含む。剪断中に、センサ１０６は、試験固定
具５４２上に負荷される力を測定する。ピン５４８とウ
ェル５４４との寸法がわかれば、生成する力−時間波形
の相対的な振幅と位相とを、流体の複素粘弾性率、Ｇと
関連付けることができる。
ー測定は、一般的には、流体サンプル５４６が、ウェル
５４４の小さい直径領域の長さを覆うように、ピンをウ
ェル５４４に挿入するための第１のアクチュエータ１１
０を十分離して使用することを含む。この方法は、ま
た、第２の移動アクチュエータ１１２を使用して、材料
サンプル配列５４０（サンプルホルダ５５２）を正弦的
に移動させ、ピン５４８と円柱状ウェル５４４との間の
環状の隙間に閉じ込められた流体サンプル５４６を剪断
することを含む。剪断中に、センサ１０６は、試験固定
具５４２上に負荷される力を測定する。ピン５４８とウ
ェル５４４との寸法がわかれば、生成する力−時間波形
の相対的な振幅と位相とを、流体の複素粘弾性率、Ｇと
関連付けることができる。
【００７８】図１９及び図２０は、種々のポリイソブチ
レン（ＰＩＢ）標準物質に対する典型的なレオロジー測
定から得られる結果を示す。図１９は、１つのＰＩＢサ
ンプル（９×１０３重量平均分子量）の流体運動によ
り、試験固定具５４２上に負荷される力の、実数部６２
０、Ｆ’（ω）と虚数部６２２、Ｆ”（ω）とを示す。
図２０は、それぞれ、２４．２×１０３、９×１０３、
４×１０３の重量平均分子量を有する、３つのＰＩＢ標
準物質に対する、Ｆ’（ω）を示す。
レン（ＰＩＢ）標準物質に対する典型的なレオロジー測
定から得られる結果を示す。図１９は、１つのＰＩＢサ
ンプル（９×１０３重量平均分子量）の流体運動によ
り、試験固定具５４２上に負荷される力の、実数部６２
０、Ｆ’（ω）と虚数部６２２、Ｆ”（ω）とを示す。
図２０は、それぞれ、２４．２×１０３、９×１０３、
４×１０３の重量平均分子量を有する、３つのＰＩＢ標
準物質に対する、Ｆ’（ω）を示す。
【００７９】（破壊特性）材料の破壊は、測定された力
−変位曲線の不連続性から同定され得る。破壊時の応力
と歪みとは、既知形状の試験片に対するこの曲線から算
出可能である。破壊に至る際に含まれるエネルギーの尺
度である、材料の靭性（タフネス、toughness）は、応
力−歪み曲線より下の面積から見積もることができる。
しかし、サンプルが、可撓性基板上に支持されている場
合には、これらの破壊特性は、サンプル−基板複合体の
特性を反映することになる。
−変位曲線の不連続性から同定され得る。破壊時の応力
と歪みとは、既知形状の試験片に対するこの曲線から算
出可能である。破壊に至る際に含まれるエネルギーの尺
度である、材料の靭性（タフネス、toughness）は、応
力−歪み曲線より下の面積から見積もることができる。
しかし、サンプルが、可撓性基板上に支持されている場
合には、これらの破壊特性は、サンプル−基板複合体の
特性を反映することになる。
【００８０】曲げ及び引張測定に関して、このような困
難さを回避する１つの方法は、図８に示す配列と類似す
る材料サンプル配列３２０を使用することを含む。しか
し、破壊試験のときには、材料サンプル３３２のデポジ
ット前に、円形穿孔部３３４内の可撓性基板は、半分に
切断される。切断面を濡らさないで、材料サンプル３３
２が、確実に、基板３２４の切断面を横切って拡張する
ように注意を払わない限り、上述したように、サンプル
３３２は、基板３２４上にデポジットされる。ヤング率
の曲げあるいは引張測定に対して、以前述べたように、
生成する複合体のそれぞれが変形される。力−変位曲線
の不連続性により示唆されるように、サンプル配列３２
０は、破壊が発生するまで、試験固定具３２２から離れ
るように配置される。得られる力−変位曲線は、ヤング
率を決定するために使用され得るが、切断されない基板
の変形量は、一般的に、切断された基板の変形量とは異
なる。
難さを回避する１つの方法は、図８に示す配列と類似す
る材料サンプル配列３２０を使用することを含む。しか
し、破壊試験のときには、材料サンプル３３２のデポジ
ット前に、円形穿孔部３３４内の可撓性基板は、半分に
切断される。切断面を濡らさないで、材料サンプル３３
２が、確実に、基板３２４の切断面を横切って拡張する
ように注意を払わない限り、上述したように、サンプル
３３２は、基板３２４上にデポジットされる。ヤング率
の曲げあるいは引張測定に対して、以前述べたように、
生成する複合体のそれぞれが変形される。力−変位曲線
の不連続性により示唆されるように、サンプル配列３２
０は、破壊が発生するまで、試験固定具３２２から離れ
るように配置される。得られる力−変位曲線は、ヤング
率を決定するために使用され得るが、切断されない基板
の変形量は、一般的に、切断された基板の変形量とは異
なる。
【００８１】これに代わるアプローチでは、材料サンプ
ル３３２は、小さい歪みで破壊する、薄いセラミックス
層あるいは稲紙のような、薄く脆い基板３２４上にデポ
ジットされる。次いで、ＰＤＭＡ１００は、複合材フィ
ルムあるいはメンブランの配列３２０を曲げあるいは引
張測定に供し、基板３２４が破壊する点は、力−変位曲
線の不連続性により同定される。破壊点で、機械的荷重
は、完全にサンプルに伝達され、サンプルが破壊するま
で、試験は続けられる。
ル３３２は、小さい歪みで破壊する、薄いセラミックス
層あるいは稲紙のような、薄く脆い基板３２４上にデポ
ジットされる。次いで、ＰＤＭＡ１００は、複合材フィ
ルムあるいはメンブランの配列３２０を曲げあるいは引
張測定に供し、基板３２４が破壊する点は、力−変位曲
線の不連続性により同定される。破壊点で、機械的荷重
は、完全にサンプルに伝達され、サンプルが破壊するま
で、試験は続けられる。
【００８２】第３のアプローチは、図２１に示すサンプ
ルホルダ６８０とサンプル配列６８２とを使用する。サ
ンプルホルダ６８０は、枠６８４と、Ｕ字形のキャップ
６８６とから構成され、サンプル配列６８２は、フィラ
メント状あるいはロッド形状の基板６９２の交差部６９
０でデポジットされた材料サンプル６８８を含む。好適
な基板材料は、金属、セラミックス及び繊維を含む。基
板６９２は、それぞれ、枠６８４と、Ｕ字形のキャップ
６８６とに装着される、下部フィラメント６９４と上部
フィラメント６９６とを有する。正しい角度で、Ｕ字形
のキャップ６８６の開放部６９８の中央部で、下部フィ
ラメント６９４と上部フィラメント６９６とが交差する
ように、Ｕ字形のキャップ６８６は、枠６８４にスライ
ド可能に装着される。キャップ６８６の底部７００がプ
ローブ１０４と接触するときには、サンプルホルダ６８
０をプローブ１０４に向かって移動させることにより、
力をキャップ６８６上に負荷し、それらを、基板６９２
を含む平面の垂直方向に移動させる。基板交差部６９０
に材料サンプル６８８が存在しない場合には、この運動
は、この動作は、下部フィラメント６９４と上部フィラ
メント６９６とを分離するように作用する。
ルホルダ６８０とサンプル配列６８２とを使用する。サ
ンプルホルダ６８０は、枠６８４と、Ｕ字形のキャップ
６８６とから構成され、サンプル配列６８２は、フィラ
メント状あるいはロッド形状の基板６９２の交差部６９
０でデポジットされた材料サンプル６８８を含む。好適
な基板材料は、金属、セラミックス及び繊維を含む。基
板６９２は、それぞれ、枠６８４と、Ｕ字形のキャップ
６８６とに装着される、下部フィラメント６９４と上部
フィラメント６９６とを有する。正しい角度で、Ｕ字形
のキャップ６８６の開放部６９８の中央部で、下部フィ
ラメント６９４と上部フィラメント６９６とが交差する
ように、Ｕ字形のキャップ６８６は、枠６８４にスライ
ド可能に装着される。キャップ６８６の底部７００がプ
ローブ１０４と接触するときには、サンプルホルダ６８
０をプローブ１０４に向かって移動させることにより、
力をキャップ６８６上に負荷し、それらを、基板６９２
を含む平面の垂直方向に移動させる。基板交差部６９０
に材料サンプル６８８が存在しない場合には、この運動
は、この動作は、下部フィラメント６９４と上部フィラ
メント６９６とを分離するように作用する。
【００８３】破壊試験を実行するために、キャップ６８
６は、枠６８４に挿入され、基板６９２材料は、サンプ
ルホルダ６８０内に載置される。最初に、枠６８４を横
切り、次いで、キャップ６８６を横切る。下部フィラメ
ント６９４と上部フィラメント６９６とは、機械的クラ
ンプあるいは接着により、保持されている。必要に応じ
て、異なるキャップ６８６に対応して基板６９２が独立
に動くことを許容するように、フィラメント状の基板６
９２は、切断される。この後者の設計の１つの利点は、
多数のフィラメント交差部６９０（例えば、９６）が、
制限された数の基板フィラメント６９２（例えば、２
０）に取付られ得ることである。この材料サンプル６８
８は、液体デポジットにより、基板交差部６９０にデポ
ジットされ、必要に応じて、アニールされる。次いで、
サンプルホルダ６８０は、第２の移動アクチュエータ１
１２に装着される。
６は、枠６８４に挿入され、基板６９２材料は、サンプ
ルホルダ６８０内に載置される。最初に、枠６８４を横
切り、次いで、キャップ６８６を横切る。下部フィラメ
ント６９４と上部フィラメント６９６とは、機械的クラ
ンプあるいは接着により、保持されている。必要に応じ
て、異なるキャップ６８６に対応して基板６９２が独立
に動くことを許容するように、フィラメント状の基板６
９２は、切断される。この後者の設計の１つの利点は、
多数のフィラメント交差部６９０（例えば、９６）が、
制限された数の基板フィラメント６９２（例えば、２
０）に取付られ得ることである。この材料サンプル６８
８は、液体デポジットにより、基板交差部６９０にデポ
ジットされ、必要に応じて、アニールされる。次いで、
サンプルホルダ６８０は、第２の移動アクチュエータ１
１２に装着される。
【００８４】測定は、少なくとも２つの方法で実行され
得る。第１に、サンプル配列６８２とプローブ１０４と
は、既知の速度で、互いに向かって相対的に移動され、
プローブ１０４のいずれもキャップ６８６に接触しない
位置から開始し、キャップ６８６の全てが、既知量だ
け、枠６８４から離れて配置される位置で終了する。後
者の位置は、一般的には、全ての基板交差部６９０で、
下部フィラメント６９４と上部フィラメント６９６との
機械的破壊（分離）が発生するように選択される。ＰＤ
ＭＡは、位置の関数あるいは所定の位置での時間の関数
として、センサ１０６でそれぞれのキャップ６８６に負
荷される力を記録する。さらに、ＰＤＭＡは、破壊時の
最大力と、破壊が起こる位置と、力−変位曲線の下部面
積とを決定する。サンプルの寸法が既知であれば、材料
サンプル６８８が受ける応力と歪みとが算出され得る。
このため、ＰＤＭＡは、大きい歪みでの応力−歪み特性
を測定するために使用され得る。引き続いて、一般的に
は、目視観察により、破壊機構が決定される。
得る。第１に、サンプル配列６８２とプローブ１０４と
は、既知の速度で、互いに向かって相対的に移動され、
プローブ１０４のいずれもキャップ６８６に接触しない
位置から開始し、キャップ６８６の全てが、既知量だ
け、枠６８４から離れて配置される位置で終了する。後
者の位置は、一般的には、全ての基板交差部６９０で、
下部フィラメント６９４と上部フィラメント６９６との
機械的破壊（分離）が発生するように選択される。ＰＤ
ＭＡは、位置の関数あるいは所定の位置での時間の関数
として、センサ１０６でそれぞれのキャップ６８６に負
荷される力を記録する。さらに、ＰＤＭＡは、破壊時の
最大力と、破壊が起こる位置と、力−変位曲線の下部面
積とを決定する。サンプルの寸法が既知であれば、材料
サンプル６８８が受ける応力と歪みとが算出され得る。
このため、ＰＤＭＡは、大きい歪みでの応力−歪み特性
を測定するために使用され得る。引き続いて、一般的に
は、目視観察により、破壊機構が決定される。
【００８５】第２に、サンプル配列６８２（サンプルホ
ルダ６８０）とプローブ１０６とは、第１の（粗い）移
動アクチュエータ１１０を使用して、一連の相対変位を
介して、ステップ状に並べられる。それぞれのステップ
で、第２の移動アクチュエータ１１２は、既知の振幅と
周波数とを有する振動方法により、サンプル配列６８２
を移動させ、それぞれの材料サンプル６８８の剛性は、
小さい歪みでの曲げ測定から弾性率を測定するための上
記の方法で決定される。サンプル６８８の寸法が既知で
あれば、材料が受ける応力と歪みとは、剛性から決定さ
れ得る。
ルダ６８０）とプローブ１０６とは、第１の（粗い）移
動アクチュエータ１１０を使用して、一連の相対変位を
介して、ステップ状に並べられる。それぞれのステップ
で、第２の移動アクチュエータ１１２は、既知の振幅と
周波数とを有する振動方法により、サンプル配列６８２
を移動させ、それぞれの材料サンプル６８８の剛性は、
小さい歪みでの曲げ測定から弾性率を測定するための上
記の方法で決定される。サンプル６８８の寸法が既知で
あれば、材料が受ける応力と歪みとは、剛性から決定さ
れ得る。
【００８６】（接着−プローブタック性（接着、tack）
及びループタック性）ＰＤＭＡは、接着性を測定するた
めにも使用可能である。サンプル配列は、一般的に、既
知の表面エネルギー及び基板表面の予め定められた領域
にデポジットされた材料サンプルから構成される。好適
な基板は、金属（例えば、アルミニウム）、高分子フィ
ルム（例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレー
ト）及び半導体（例えば、研磨シリコンウェーハ）を含
む。好適なプローブ試験固定具は、既知の寸法と表面エ
ネルギーとを有する表面を有し、軸方向に配列したステ
ンレス製シリンダ、既知の半径を有するステンレス製半
球、及び既知のループ半径と幅とを有する高分子フィル
ム片から形成されたループを含む。方法は、一般的に
は、一定時間中に、それぞれの試験固定具を対応する材
料サンプルに接触させ、一定速度で、試験固定具をサン
プルから離し、試験固定具をサンプルから離すために必
要な力を記録することから構成される。
及びループタック性）ＰＤＭＡは、接着性を測定するた
めにも使用可能である。サンプル配列は、一般的に、既
知の表面エネルギー及び基板表面の予め定められた領域
にデポジットされた材料サンプルから構成される。好適
な基板は、金属（例えば、アルミニウム）、高分子フィ
ルム（例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレー
ト）及び半導体（例えば、研磨シリコンウェーハ）を含
む。好適なプローブ試験固定具は、既知の寸法と表面エ
ネルギーとを有する表面を有し、軸方向に配列したステ
ンレス製シリンダ、既知の半径を有するステンレス製半
球、及び既知のループ半径と幅とを有する高分子フィル
ム片から形成されたループを含む。方法は、一般的に
は、一定時間中に、それぞれの試験固定具を対応する材
料サンプルに接触させ、一定速度で、試験固定具をサン
プルから離し、試験固定具をサンプルから離すために必
要な力を記録することから構成される。
【００８７】図２２は、ＰＤＭＡがタック性に基づい
て、材料のライブラリをスクリーニングするために使用
可能な、サンプルホルダ７３０、試験固定具７３２、材
料サンプル７３４との第１の実施例の部分的な断面図を
示す。サンプルホルダ７３０は、初期には、サンプルホ
ルダ７３０に形成されたウェル７３８にある一群の錘７
３６を含む。それぞれの錘７３６は、平滑な先端部を有
するステンレス製シリンダのように、既知の組成と寸法
とを有する作用表面を有する試験固定具７３２の１つと
対応する。図２２に示す錘７３６それぞれは、ウェル７
３８の底部７４６に配置されているクリアランス孔７４
４を通過可能な相対的に狭いベース部７４２を有する。
さらに、クリアランス孔７４４は、サンプルホルダ７３
０がプローブ１０４まで下げられたときに、試験固定具
７３２を受け入れるような寸法に規定されている。一般
的にその面積は、同一であるけれども、特定の試験固定
具７３２の作用領域７４０の面積は、対応する錘７３６
の底面７４８と、同一であっても、異なっても良い。
て、材料のライブラリをスクリーニングするために使用
可能な、サンプルホルダ７３０、試験固定具７３２、材
料サンプル７３４との第１の実施例の部分的な断面図を
示す。サンプルホルダ７３０は、初期には、サンプルホ
ルダ７３０に形成されたウェル７３８にある一群の錘７
３６を含む。それぞれの錘７３６は、平滑な先端部を有
するステンレス製シリンダのように、既知の組成と寸法
とを有する作用表面を有する試験固定具７３２の１つと
対応する。図２２に示す錘７３６それぞれは、ウェル７
３８の底部７４６に配置されているクリアランス孔７４
４を通過可能な相対的に狭いベース部７４２を有する。
さらに、クリアランス孔７４４は、サンプルホルダ７３
０がプローブ１０４まで下げられたときに、試験固定具
７３２を受け入れるような寸法に規定されている。一般
的にその面積は、同一であるけれども、特定の試験固定
具７３２の作用領域７４０の面積は、対応する錘７３６
の底面７４８と、同一であっても、異なっても良い。
【００８８】タック性測定を行うために、錘７３６の底
面７４８と試験固定具７３２の作用表面７４０とのいず
れか一方は、既知の厚さの材料サンプル７３４（１つの
試験固定具７３２ごとに１つのサンプル７３４）で被覆
される。次いで、ＰＤＭＡは、サンプルホルダ７３０を
プローブ１０４に向かって移動させ、錘７３６と試験固
定具７３２とを接触させる。その後、ＰＤＭＡは、錘７
３６が試験固定具７３２により支持されるように、サン
プルホルダ７３０を初期の接触点よりもさらに移動さ
せ、既知の力を材料サンプル７３４に印加する。設定時
間の経過後、ＰＤＭＡは、サンプルホルダ７３０を、予
め定められた速度で引き出す。引き出し動作中に、ウェ
ル７３８の底部は、錘７３６と接触し、錘７３６のそれ
ぞれを、その対応する試験固定具７３２から引っ張る。
この力は、曲げストリップ１５０により、それぞれのセ
ンサ１０６に印加される予備負荷された力（図４の説明
参照）に対抗する。特定のセンサ１０６に関しては、試
験固定具７３２と、材料サンプル７３４と、定常状態の
値と比較した予備負荷される力の低下とは、サンプル７
３４の接着力の尺度である。最終的には、結合が破壊
し、センサ１０６の読みは、定常状態の値に戻る。力セ
ンサ−変位曲線（錘により印加された力に関して測定さ
れる）上部の面積は、サンプルの接着エネルギーの尺度
である。破壊時の材料サンプル７３４の最大伸びは、破
壊時のフィルム厚さとサンプルホルダ７３０の位置とが
わかれば、推定可能である。
面７４８と試験固定具７３２の作用表面７４０とのいず
れか一方は、既知の厚さの材料サンプル７３４（１つの
試験固定具７３２ごとに１つのサンプル７３４）で被覆
される。次いで、ＰＤＭＡは、サンプルホルダ７３０を
プローブ１０４に向かって移動させ、錘７３６と試験固
定具７３２とを接触させる。その後、ＰＤＭＡは、錘７
３６が試験固定具７３２により支持されるように、サン
プルホルダ７３０を初期の接触点よりもさらに移動さ
せ、既知の力を材料サンプル７３４に印加する。設定時
間の経過後、ＰＤＭＡは、サンプルホルダ７３０を、予
め定められた速度で引き出す。引き出し動作中に、ウェ
ル７３８の底部は、錘７３６と接触し、錘７３６のそれ
ぞれを、その対応する試験固定具７３２から引っ張る。
この力は、曲げストリップ１５０により、それぞれのセ
ンサ１０６に印加される予備負荷された力（図４の説明
参照）に対抗する。特定のセンサ１０６に関しては、試
験固定具７３２と、材料サンプル７３４と、定常状態の
値と比較した予備負荷される力の低下とは、サンプル７
３４の接着力の尺度である。最終的には、結合が破壊
し、センサ１０６の読みは、定常状態の値に戻る。力セ
ンサ−変位曲線（錘により印加された力に関して測定さ
れる）上部の面積は、サンプルの接着エネルギーの尺度
である。破壊時の材料サンプル７３４の最大伸びは、破
壊時のフィルム厚さとサンプルホルダ７３０の位置とが
わかれば、推定可能である。
【００８９】図２３は、タック性に基づいて、材料のラ
イブラリをスクリーニングするために使用可能な、サン
プルホルダ７７０、試験固定具７７２、材料サンプル７
７４との第２の実施例の部分的な断面図を示す。試験固
定具７７２のぞれぞれは、プローブ１０４のベース１９
２に結合されている中空の下部７７６と、キャビティ７
８０を形成する試験固定具７７２の下部に嵌合する着脱
可能なキャップ７７８とを有する。さらに、ぞれぞれの
試験固定具７７２は、ヘッド７８４とベース７８６とを
有するポペット７８２と、相対的に狭いネック部７８８
とを有する。キャップ７７８は、ネック部７８８のみが
通過することを許容する寸法に規定されたクリアランス
孔７９０を有し、そのため、ポペット７８２のベース７
８６をキャビティ７８０内に維持した状態で、ポペット
７８２が試験固定具７７２の縦軸方向に移動することを
許容する。試験固定具７７２は、キャビティ７８０内に
配置され、ポペット７８２のベース部７８６に力を負荷
する、追随性のあるバネ７９２を含む。図２３に見られ
るように、サンプルホルダ７７０は、ステンレス鋼のよ
うな、既知の組成の一般的な平滑面７９４を有する。
イブラリをスクリーニングするために使用可能な、サン
プルホルダ７７０、試験固定具７７２、材料サンプル７
７４との第２の実施例の部分的な断面図を示す。試験固
定具７７２のぞれぞれは、プローブ１０４のベース１９
２に結合されている中空の下部７７６と、キャビティ７
８０を形成する試験固定具７７２の下部に嵌合する着脱
可能なキャップ７７８とを有する。さらに、ぞれぞれの
試験固定具７７２は、ヘッド７８４とベース７８６とを
有するポペット７８２と、相対的に狭いネック部７８８
とを有する。キャップ７７８は、ネック部７８８のみが
通過することを許容する寸法に規定されたクリアランス
孔７９０を有し、そのため、ポペット７８２のベース７
８６をキャビティ７８０内に維持した状態で、ポペット
７８２が試験固定具７７２の縦軸方向に移動することを
許容する。試験固定具７７２は、キャビティ７８０内に
配置され、ポペット７８２のベース部７８６に力を負荷
する、追随性のあるバネ７９２を含む。図２３に見られ
るように、サンプルホルダ７７０は、ステンレス鋼のよ
うな、既知の組成の一般的な平滑面７９４を有する。
【００９０】タック性を測定するために、試験固定具７
７２の上面７９６とサンプルホルダ７７０の平滑面７９
４とのいずれか一方は、既知の厚さの材料サンプル７７
４（１つの試験固定具７７２ごとに１つのサンプル７７
４で被覆される）。次いで、ＰＤＭＡは、試験固定具７
７２それぞれのポペット７８２が、サンプルホルダ７７
０の平滑面７９４に対して圧縮されるように、平滑面７
９４と試験固定具７７２とを接触させる。バネ７９２
は、サンプルホルダ７７０及び試験固定具７７２の他の
部分よりも追随性が良いので、全てのポペット７８２
は、試験固定具７７２の高さが変化しても、サンプルホ
ルダ７７０に対するほぼ同一の圧縮力を受ける。設定時
間の経過後、ＰＤＭＡは、サンプルホルダ７７０を、予
め定められた速度で引き出す。ポペット７８２は、初期
には、サンプルホルダ７７０の平滑面７９４に装着され
ているが、ポペット７８２のベース部７８６は、キャビ
ティ７８０内に拘束され、それぞれのセンサ１０６に印
加される予備負荷された力に対抗する力を生成する。こ
の予備負荷された力の値の低下は、それぞれのセンサ１
０６により測定され、図２２に示される第１の実施例に
対して用いられた方法と同一の方法により解析される。
７２の上面７９６とサンプルホルダ７７０の平滑面７９
４とのいずれか一方は、既知の厚さの材料サンプル７７
４（１つの試験固定具７７２ごとに１つのサンプル７７
４で被覆される）。次いで、ＰＤＭＡは、試験固定具７
７２それぞれのポペット７８２が、サンプルホルダ７７
０の平滑面７９４に対して圧縮されるように、平滑面７
９４と試験固定具７７２とを接触させる。バネ７９２
は、サンプルホルダ７７０及び試験固定具７７２の他の
部分よりも追随性が良いので、全てのポペット７８２
は、試験固定具７７２の高さが変化しても、サンプルホ
ルダ７７０に対するほぼ同一の圧縮力を受ける。設定時
間の経過後、ＰＤＭＡは、サンプルホルダ７７０を、予
め定められた速度で引き出す。ポペット７８２は、初期
には、サンプルホルダ７７０の平滑面７９４に装着され
ているが、ポペット７８２のベース部７８６は、キャビ
ティ７８０内に拘束され、それぞれのセンサ１０６に印
加される予備負荷された力に対抗する力を生成する。こ
の予備負荷された力の値の低下は、それぞれのセンサ１
０６により測定され、図２２に示される第１の実施例に
対して用いられた方法と同一の方法により解析される。
【００９１】図２２に示すサンプルホルダ７３０と試験
固定具７３２とを使用するＰＤＭＡは、市販の利用可能
な組成物（ＢＡＳＦ社製、ＡＣＲＯＮＡＬ（商標）ＤＳ
３５１０Ｘ）の接着特性を決定するために使用された。
このエマルジョンの約１０μｌが、真鍮の錘７３６の底
面７４８にデポジットされ、室温と室内湿度とで、１時
間乾燥され、薄い接着フィルムを形成した。錘７３６
は、プローブ１０４に面する底面７４８とともに、ＰＤ
ＭＡのサンプルホルダ７３０中に配置された。錘７３６
を、１／１６インチの直径である円形の先端部を有する
ステンレス製の試験固定具７３２と接触させるように、
サンプルホルダ７３０は、２５μｍ／秒で、下降され
た。接触すると、サンプルホルダ７３０は、２５μｍ／
秒の速度で引き出される前に、２０００μ秒の間その位
置で保持された。
固定具７３２とを使用するＰＤＭＡは、市販の利用可能
な組成物（ＢＡＳＦ社製、ＡＣＲＯＮＡＬ（商標）ＤＳ
３５１０Ｘ）の接着特性を決定するために使用された。
このエマルジョンの約１０μｌが、真鍮の錘７３６の底
面７４８にデポジットされ、室温と室内湿度とで、１時
間乾燥され、薄い接着フィルムを形成した。錘７３６
は、プローブ１０４に面する底面７４８とともに、ＰＤ
ＭＡのサンプルホルダ７３０中に配置された。錘７３６
を、１／１６インチの直径である円形の先端部を有する
ステンレス製の試験固定具７３２と接触させるように、
サンプルホルダ７３０は、２５μｍ／秒で、下降され
た。接触すると、サンプルホルダ７３０は、２５μｍ／
秒の速度で引き出される前に、２０００μ秒の間その位
置で保持された。
【００９２】図２４は、この実験に対する力−変位曲線
を示す。曲線８２０の第１の領域８２２は、一旦錘７３
６が接触すると、試験固定具７３２に負荷される力が急
激に増大することを示す。曲線８２０のこの領域８２２
の形状は、錘７３６の底面７４８上の接着層に、試験固
定具７３２が侵入することを反映する。約２０μｍの範
囲では、力は、近似的にプローブ１０４の重さと等しい
０．１６Ｎ（第２領域）である、相対的に一定な値に到
達する。引き出されるときには、錘７３６がサンプルホ
ルダ７３０のウェル７３８中に保持されるまで（第３領
域）、測定される力は、高い値を維持する。次いで、錘
７３６と試験固定具７３２とが接触しくなると、錘７３
６と試験固定具７３２との間の引張力、接着性結合の存
在を反映して、この力は、初期に測定された力以下に低
下する。センサ１０６の予備負荷に由来する力のオフセ
ット値は、これらの値から控除され、それ故、引張力は
負の値として現れる。曲線８２０の第４領域８２８と第
５領域８３０とにより示されるように、この引張力は低
下する前に最大値に達し、おそらく、これは、接着的変
形とこれに続く破壊状態の塑性変形との範囲内での、初
期の形態的構造が破壊したことを反映している。最終的
には、接着的結合は完全に破壊し（第６領域８３２）、
測定された力は、実験開始時の測定値に近づく。接着の
仕事量は、これらの２つの曲線の間の面積により推定可
能である。
を示す。曲線８２０の第１の領域８２２は、一旦錘７３
６が接触すると、試験固定具７３２に負荷される力が急
激に増大することを示す。曲線８２０のこの領域８２２
の形状は、錘７３６の底面７４８上の接着層に、試験固
定具７３２が侵入することを反映する。約２０μｍの範
囲では、力は、近似的にプローブ１０４の重さと等しい
０．１６Ｎ（第２領域）である、相対的に一定な値に到
達する。引き出されるときには、錘７３６がサンプルホ
ルダ７３０のウェル７３８中に保持されるまで（第３領
域）、測定される力は、高い値を維持する。次いで、錘
７３６と試験固定具７３２とが接触しくなると、錘７３
６と試験固定具７３２との間の引張力、接着性結合の存
在を反映して、この力は、初期に測定された力以下に低
下する。センサ１０６の予備負荷に由来する力のオフセ
ット値は、これらの値から控除され、それ故、引張力は
負の値として現れる。曲線８２０の第４領域８２８と第
５領域８３０とにより示されるように、この引張力は低
下する前に最大値に達し、おそらく、これは、接着的変
形とこれに続く破壊状態の塑性変形との範囲内での、初
期の形態的構造が破壊したことを反映している。最終的
には、接着的結合は完全に破壊し（第６領域８３２）、
測定された力は、実験開始時の測定値に近づく。接着の
仕事量は、これらの２つの曲線の間の面積により推定可
能である。
【００９３】（並列の固体弾性率測定の例）ここで述べ
るＰＤＭＡは、Aldrich社から提供される、市販のポリ
（スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体）
コポリマーの薄いフィルムの小さい歪みにおける、固体
弾性率を決定するために使用された。０．００２インチ
厚さのポリイミド（DuPont社製、KAPTON HN（商標））
のシートが、上部サンプル板と下部サンプル板との間
で、機械的にクランプされ、２．５μｍの振動振幅と１
０ｋＨｚの周波数とで、測定された。データは、２チャ
ンネルで同時に測定され、１４５Ｎ／ｍの線形剛性を示
す。ポリイミドの厚さと、サンプル板（０．２５０イン
チ）のクリアランス孔の寸法とから、これは、固体弾性
率２３００ＭＰａに相当し、この材料に対する以前に公
表されている値と良く一致する。
るＰＤＭＡは、Aldrich社から提供される、市販のポリ
（スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体）
コポリマーの薄いフィルムの小さい歪みにおける、固体
弾性率を決定するために使用された。０．００２インチ
厚さのポリイミド（DuPont社製、KAPTON HN（商標））
のシートが、上部サンプル板と下部サンプル板との間
で、機械的にクランプされ、２．５μｍの振動振幅と１
０ｋＨｚの周波数とで、測定された。データは、２チャ
ンネルで同時に測定され、１４５Ｎ／ｍの線形剛性を示
す。ポリイミドの厚さと、サンプル板（０．２５０イン
チ）のクリアランス孔の寸法とから、これは、固体弾性
率２３００ＭＰａに相当し、この材料に対する以前に公
表されている値と良く一致する。
【００９４】ブロックコポリマーのフィルムは、室温
で、トルエン中の５％溶液を水表面に鋳造することによ
り調製された。溶媒のゆっくりした気化に続いて、全て
の残さ溶媒を除去し、フィルム鋳造手順により誘起され
た機械的応力を緩和するために、１５０℃の真空中で１
２時間、空気中で２時間アニーリングされる前に、フィ
ルムは、室温の空気中で２時間、さらに真空中で１２時
間乾燥された。０．２８×５．８×１５．８５ｍｍ寸法
の材料片を、このフィルムから切り出した。この試料片
の弾性率は、従来の動的機械熱分析装置（Rheometrics
社製、ＤＭＴＡ−ＩＶ）により、１〜１０００Ｈｚの周
波数領域で、１０±２ＭＰａと測定された。図２５を参
照して、同時に、０．２８ｍｍ厚さの第２の材料片が、
以前に測定したポリイミド試料片に、トルエンの液滴と
ともに、糊付けされ、２時間真空中で乾燥することを許
容され、サンプル固定具の上部プレートと下部プレート
との間に機械的にクランプされた。この複合材料の剛性
は、同時に、同じ２チャンネルで測定された。材料の線
形剛性（１３４０Ｎ／ｍ）と、ポリイミド層及びコポリ
マー層それぞれの厚さと、以前測定したポリイミドの剛
性とから、コポリマーの剛性は、１３．７ＭＰａと測定
され、従来の測定法により記録された値と良く一致す
る。
で、トルエン中の５％溶液を水表面に鋳造することによ
り調製された。溶媒のゆっくりした気化に続いて、全て
の残さ溶媒を除去し、フィルム鋳造手順により誘起され
た機械的応力を緩和するために、１５０℃の真空中で１
２時間、空気中で２時間アニーリングされる前に、フィ
ルムは、室温の空気中で２時間、さらに真空中で１２時
間乾燥された。０．２８×５．８×１５．８５ｍｍ寸法
の材料片を、このフィルムから切り出した。この試料片
の弾性率は、従来の動的機械熱分析装置（Rheometrics
社製、ＤＭＴＡ−ＩＶ）により、１〜１０００Ｈｚの周
波数領域で、１０±２ＭＰａと測定された。図２５を参
照して、同時に、０．２８ｍｍ厚さの第２の材料片が、
以前に測定したポリイミド試料片に、トルエンの液滴と
ともに、糊付けされ、２時間真空中で乾燥することを許
容され、サンプル固定具の上部プレートと下部プレート
との間に機械的にクランプされた。この複合材料の剛性
は、同時に、同じ２チャンネルで測定された。材料の線
形剛性（１３４０Ｎ／ｍ）と、ポリイミド層及びコポリ
マー層それぞれの厚さと、以前測定したポリイミドの剛
性とから、コポリマーの剛性は、１３．７ＭＰａと測定
され、従来の測定法により記録された値と良く一致す
る。
【００９５】上記の説明は、理解を助ける意図でなさ
れ、制約を意図したものではないことは、理解されるべ
きである。上記説明の検討に基づいて、多数の実施例
が、当業者に明らかになるであろう。そのため、本発明
の範囲は、上記説明を参照して決定されるべきではな
く、クレームにより権利が与えられる均等な範囲に沿っ
て、添付のクレームを参照して決定されるべきである。
特許出願、優先権書類、試験手順及び刊行物を含む、全
ての文献及び引例の開示は、ここで、全ての目的に対す
る引用により、組み込まれている。
れ、制約を意図したものではないことは、理解されるべ
きである。上記説明の検討に基づいて、多数の実施例
が、当業者に明らかになるであろう。そのため、本発明
の範囲は、上記説明を参照して決定されるべきではな
く、クレームにより権利が与えられる均等な範囲に沿っ
て、添付のクレームを参照して決定されるべきである。
特許出願、優先権書類、試験手順及び刊行物を含む、全
ての文献及び引例の開示は、ここで、全ての目的に対す
る引用により、組み込まれている。
【００９６】
【発明の効果】本発明によれば、従来の装置を使用する
場合に直面する多くの問題に関する、組み合わせライブ
ラリのスクリーニング用装置及び方法を提供することが
できる。例えば、開示された装置は、ライブラリ構成要
素の物理特性を平行して測定することが可能であり、自
動化された液体及び／又は固体処理手法により容易に調
製される、少量のサンプルに対して試験を行うことがで
きる。従来の装置と比較して、開示された装置は、例え
ば、廃棄可能なサンプル配列と試験プローブとを使用し
て、サンプルの装着と脱着と迅速に実行できる。本発明
は、フレキシブルに適用され、サンプル配列形式と試験
プローブの設計とを適式に選択することにより、多数の
異なる材料試験を１つの装置で実行することを許容す
る。迅速なシリアル測定方法も、実行可能である。
場合に直面する多くの問題に関する、組み合わせライブ
ラリのスクリーニング用装置及び方法を提供することが
できる。例えば、開示された装置は、ライブラリ構成要
素の物理特性を平行して測定することが可能であり、自
動化された液体及び／又は固体処理手法により容易に調
製される、少量のサンプルに対して試験を行うことがで
きる。従来の装置と比較して、開示された装置は、例え
ば、廃棄可能なサンプル配列と試験プローブとを使用し
て、サンプルの装着と脱着と迅速に実行できる。本発明
は、フレキシブルに適用され、サンプル配列形式と試験
プローブの設計とを適式に選択することにより、多数の
異なる材料試験を１つの装置で実行することを許容す
る。迅速なシリアル測定方法も、実行可能である。
【図１】並列動的機械分析装置（ＰＤＭＡ、Parallel D
ynamic Mechanical Analyzer）の１つの実施例の透視図
である。
ynamic Mechanical Analyzer）の１つの実施例の透視図
である。
【図２】プローブ試験固定具とサンプルの配列とを力学
センサから分離する分離ブロックモジュールの断面図を
示す。
センサから分離する分離ブロックモジュールの断面図を
示す。
【図３】図２に示されたプローブの拡大断面図を示し、
複合材シャフトに差し込まれた円柱状の芯材に試験固定
具を装着するための永久磁石の使用状態を図解する。
複合材シャフトに差し込まれた円柱状の芯材に試験固定
具を装着するための永久磁石の使用状態を図解する。
【図４】２つの隣接する分離ブロックモジュールの断面
図を示し、プローブと力学センサとの相互作用を図解す
る。
図を示し、プローブと力学センサとの相互作用を図解す
る。
【図５】１つのセンサボードの透視底面図を示す。
【図６】１つのセンサボードの一部の上面図を示す。
【図７】データ取得制御のためのフローチャートであ
る。
る。
【図８】材料サンプル配列の一部と、図１のＰＤＭＡが
曲げ測定に基づいて材料ライブラリをスクリーニングす
るために使用することができる代表的な試験固定具との
断面図を示す。
曲げ測定に基づいて材料ライブラリをスクリーニングす
るために使用することができる代表的な試験固定具との
断面図を示す。
【図９】材料サンプル配列の単一のエレメントに対す
る、典型的な曲げ測定結果を示す。
る、典型的な曲げ測定結果を示す。
【図１０】”ダイレクト”モードで行われた、典型的な
曲げ測定結果を示す。
曲げ測定結果を示す。
【図１１】”振動”モードで行われた、典型的な曲げ測
定結果を示す。
定結果を示す。
【図１２】第１の移動アクチュエータの変位（粗いステ
ージ）に対する剛性のグラフを示す。
ージ）に対する剛性のグラフを示す。
【図１３】材料サンプル配列の一部と、ＰＤＭＡが一軸
引張または二軸圧縮測定に基づいて材料ライブラリをス
クリーニングするために使用することができる試験固定
具との断面図を示す。
引張または二軸圧縮測定に基づいて材料ライブラリをス
クリーニングするために使用することができる試験固定
具との断面図を示す。
【図１４】材料サンプル配列の代表的構成要素と、図１
のＰＤＭＡが剪断力測定に基づいて材料ライブラリをス
クリーニングするために使用することができる試験固定
具との断面図を示す。
のＰＤＭＡが剪断力測定に基づいて材料ライブラリをス
クリーニングするために使用することができる試験固定
具との断面図を示す。
【図１５】材料サンプルの代表的構成要素と、図１のＰ
ＤＭＡが圧入（インデンテーション）測定に基づいて材
料ライブラリをスクリーニングするために使用すること
ができる試験固定具との断面図を示す。
ＤＭＡが圧入（インデンテーション）測定に基づいて材
料ライブラリをスクリーニングするために使用すること
ができる試験固定具との断面図を示す。
【図１６】硬い基板上に配置された溶融圧縮したポリス
チレンサンプルの圧入測定に対する力−変位曲線を示
す。
チレンサンプルの圧入測定に対する力−変位曲線を示
す。
【図１７】材料サンプル配列の一部と、図１のＰＤＭＡ
が粘度あるいは粘度に関連する測定に基づいて材料ライ
ブラリをスクリーニングするために使用することができ
る代表的な試験固定具との断面図を示す。
が粘度あるいは粘度に関連する測定に基づいて材料ライ
ブラリをスクリーニングするために使用することができ
る代表的な試験固定具との断面図を示す。
【図１８】材料サンプル配列の一部と、図１のＰＤＭＡ
がメルトフローインデクス（ＭＩ）測定に基づいて材料
ライブラリをスクリーニングするために使用することが
できる代表的な試験固定具との断面図を示す。
がメルトフローインデクス（ＭＩ）測定に基づいて材料
ライブラリをスクリーニングするために使用することが
できる代表的な試験固定具との断面図を示す。
【図１９】ポリイソブチレンサンプルの流体運動によ
り、試験固定具に負荷される力の、実数部、Ｆ’（ω）
と虚数部、Ｆ”（ω）とを示す。
り、試験固定具に負荷される力の、実数部、Ｆ’（ω）
と虚数部、Ｆ”（ω）とを示す。
【図２０】３つのポリイソブチレンの標準サンプルに対
するＦ’（ω）を示す。
するＦ’（ω）を示す。
【図２１】接着破壊の具体例に対する試験固定具の透視
図を示す。
図を示す。
【図２２】第１の実施例のサンプルホルダと、材料サン
プル配列と、図１のＰＤＭＡが接着に基づいて材料ライ
ブラリをスクリーニングするために使用することができ
る試験固定具との断面図を示す。
プル配列と、図１のＰＤＭＡが接着に基づいて材料ライ
ブラリをスクリーニングするために使用することができ
る試験固定具との断面図を示す。
【図２３】第２の実施例のサンプルホルダと、材料サン
プル配列と、図１のＰＤＭＡが接着に基づいて材料ライ
ブラリをスクリーニングするために使用することができ
る試験固定具との部分的な断面図を示す。
プル配列と、図１のＰＤＭＡが接着に基づいて材料ライ
ブラリをスクリーニングするために使用することができ
る試験固定具との部分的な断面図を示す。
【図２４】図２２に示すサンプルホルダと、材料サンプ
ル配列と、試験固定具とを使用した接着測定に関して、
時間に対する力とサンプルホルダの変位との代表的なプ
ロットを示す。
ル配列と、試験固定具とを使用した接着測定に関して、
時間に対する力とサンプルホルダの変位との代表的なプ
ロットを示す。
【図２５】例として得られた結果を表すグラフである。
１００ 並列動的機械分析装置（ＰＤＭＡ） １０２ サンプルホルダ １０４ プローブ １０６ 力学センサ １１０ 第１の移動アクチュエータ １１２ 第２の移動アクチュエータ １１６ ハウジング １１８ 試験固定具 １２０ シャフト １２２ 開口部 １２４ 分離ブロックモジュール １５０ 曲げストリップ １５２ 上部セグメント １５４ 中間セグメント １５８ 芯 １６０ 断熱外部被覆部材上部 １６２ 断熱外部被覆部材中間部 １６４ 断熱外部被覆部材下部 １６６ ダイヤフラム １９０ 永久磁石 １９２ ベース １９４ 第１の端部 １９６ 第２の端部 １９８ 孔 ２００ 磁気シールド部材 ２０２ スロット ２０４ テーパ状端部 ２０６ フランジ ２０８ フランジ ２３０ 材料サンプル配列 ２３２ 第１のセンサ基板 ２３４ 第２のセンサ基板 ２３６ 上部支持板 ２３８ 下部支持板 ２４８ 孔 ２５０ 貫通孔 ２５２ ロッド ２７０ 多層誘電シート ２７２ 枠 ２７４ 導電線 ２８０ フレックス回路 ２８２ 鉛 ２８４ カード端コネクタ ２８６ 補強部材 ２８８ 孔 ２９０ 孔 ２９２ 組み付けスクリュ ２９４ 孔 ２９６ 孔 ３００ システム ３０２ １次データ取得基板 ３０４ 外部コンピュータ ３０６ ピエゾ電気増幅器 ３０８ 位置センサ ３１０ ２次データ取得基板 ３２０ サンプル配列 ３２２ 試験固定具 ３２４ 可撓性基板 ３２６ 穿孔板 ３２８ 穿孔板 ３３０ サンプルホルダ ３３２ サンプル ３３４ 穿孔 ３３６ 半球状端部 ３６０ 力−変位曲線 ３６２ 力−変位曲線 ３８０ 力−変位曲線 ３８２ 初期変位 ３８４ 戻り変位 ４００ 力−変位曲線 ４０２ 力−変位曲線 ４０６ 剛性−変位曲線 ４２０ 材料サンプル配列 ４２２ 試験固定具 ４２４ 基板 ４２６ サンプルホルダ ４２８ サンプル ４６０ 材料サンプル配列 ４６２ 試験固定具 ４６４ サンプルエレメント ４６６ ベース ４６８ 円柱状ギャップ ４７０ テーパ状凹部 ４７４ テーパピン ４８０ 材料サンプル ４８２ 基板 ４８４ サンプルホルダ ５００ 材料サンプル配列 ５０２ 試験固定具 ５０４ 材料サンプル ５０８ サンプルホルダ ５２２ 力−変位曲線 ５２４ 力−変位曲線 ５２６ 力−変位曲線 ５４０ 材料サンプル配列 ５４２ 試験固定具 ５４４ ウェル ５４６ サンプル ５４８ ロッド ５５２ サンプルホルダ ５８０ 材料サンプル ５８２ 試験固定具 ５８４ 第１のリザーバ ５８６ 第２のリザーバ ５９０ 基板 ５９２ サンプルホルダ ５９４ チューブ ５９６ ベント孔 ５９８ ピストン ６８０ サンプルホルダ ６８２ サンプル配列 ６８４ 枠 ６８６ キャップ ６８８ 材料サンプル ６９２ 基板 ６９０ 基板交差部 ６９４ 下部フィラメント ６９６ 上部フィラメント ６９８ 開放部 ７３０ サンプルホルダ ７３２ 試験固定具 ７３４ 材料サンプル ７３６ 錘 ７３８ ウェル ７４４ クリアランス孔 ７７０ サンプルホルダ ７７２ 試験固定具 ７７４ 材料サンプル ７７８ キャップ ７８０ キャビティ ７８２ ポペット ７８４ ヘッド ７８６ ベース ７８８ ネック部 ７９０ クリアランス孔 ７９２ バネ ８２０ 力−変位曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 37/00 １０３ Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｎ (72)発明者 エリック、カールソン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94306、パロアルト、コリーグアヴェニュ ー 303番 (72)発明者 ジェイ、クリストファー、フライターク アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95050、サンタクララ、リンカーンストリ ート 1110番 (72)発明者 オレグ、コゾロフ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95014、クーパーティノ、エスブラニーア ヴェニュー＃Ａ 10129番 Ｆターム(参考） 2G052 AA18 FD06 GA03 2G061 AA01 AA02 AA07 AA11 AA15 AB01 AB05 AC01 AC03 AC04 AC06 AC07 BA06 CA01 CA09 CA14 CB01 CC11 CC14 DA01 DA12 DA14 EA02 EA03 EB03
Claims (58)
- 【請求項１】複数の材料サンプルを保持するための着脱
可能なサンプルホルダと、 少なくとも１つの端部を有し、前記材料サンプルを機械
的に摂動する、少なくとも１つのプローブと、 前記材料サンプルが、前記少なくとも１つのプローブに
接触するように、当該端部の法線方向に、前記材料サン
プルを移動させる、前記着脱可能なサンプルホルダに接
続された少なくとも１つのアクチュエータと、 前記少なくとも１つのプローブによる機械的摂動に対す
る前記材料サンプルの応答をモニタする、少なくとも１
つのセンサと、 を備えることを特徴とする複数の材料サンプルの物理特
性測定装置。 - 【請求項２】前記センサは、前記プローブと機械的に接
続された力センサを含む、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項３】前記力センサを前記プローブに機械的に接
続するシャフトをさらに備える、 ことを特徴とする請求項２に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項４】前記シャフトのそれぞれは、硬い芯材と断
熱外部被覆部材とを有する、 ことを特徴とする請求項３に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項５】前記プローブを前記材料サンプルと一列に
配列する、前記シャフトのそれぞれに装着された曲げス
トリップをさらに備える、 ことを特徴とする請求項３に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項６】前記プローブと前記力センサとを分離す
る、分離ブロックモジュールをさらに備える、 ことを特徴とする請求項３に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項７】前記分離ブロックモジュールは、第１の表
面及び第２の表面と、前記シャフトを保持する円柱状凹
部とを有し、前記円柱状凹部は、前記第１の表面から前
記第２の表面まで延びる、 ことを特徴とする請求項６に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項８】前記プローブを、前記材料サンプルと一列
に配列する曲げストリップをさらに備え、前記曲げスト
リップのそれぞれは、前記シャフトと、前記分離ブロッ
クモジュールの前記円柱状凹部の壁とに装着される、 ことを特徴とする請求項７に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項９】前記アクチュエータは、ピエゾ電気的スタ
ックである、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項１０】前記アクチュエータは、前記ピエゾ電気
的スタックに接続されたモータ駆動の移動スライドを含
む、 ことを特徴とする請求項９に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項１１】材料サンプルの環境条件を調整する制御
システムをさらに備える、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項１２】前記制御システムは、前記材料サンプル
を囲む環境チャンバを含む、 ことを特徴とする請求項８に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項１３】前記力センサは、少なくとも１つのフレ
ックス回路上に配置される、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項１４】前記力センサは、第１のフレックス回路
及び第２のフレックス回路上に配置され、前記第１のフ
レックス回路は、前記第２のフレックス回路の上に配置
される、 ことを特徴とする請求項１３に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項１５】前記力センサは、前記プローブ上の引張
力と圧縮力とを測定するために、予備負荷される、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項１６】前記センサからの応答を記録するデータ
ロガーをさらに備える、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項１７】前記プローブのそれぞれは、当該プロー
ブの遠方端のプローブベースに着脱可能に配置された、
少なくとも１つの試験固定具を含む、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項１８】前記少なくとも１つの試験固定具は、前
記プローブベースと、磁気的に結合している、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項１９】前記少なくとも１つの試験固定具は、前
記材料サンプルと接触する鈍角の端部を有する、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２０】前記少なくとも１つの試験固定具は、前
記材料サンプルと接触する鋭角の端部を有する、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２１】前記試験固定具は、少なくとも１つの前
記材料サンプルと結合している、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２２】前記試験固定具は、前記材料サンプルの
移動中に、前記材料サンプルを、延伸する方向または圧
縮する方向のどちらかに向いている、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２３】前記試験固定具は、前記材料サンプルの
移動中に、前記材料サンプルを剪断する方向に向いてい
る、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２４】前記試験固定具は、前記材料サンプルに
対して、低い摩擦係数を有する、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２５】前記試験固定具は、高分子フィルムのル
ープを含む、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２６】前記試験固定具は、前記材料サンプルの
１つを剪断する、軸対称のウェルを含む、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２７】前記軸対称のウェルは、一般的円柱状の
表面を定義する、横方向の壁を有する、 ことを特徴とする請求項２６に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２８】実質的に前記プローブと一列に配列し、
前記着脱可能なサンプルホルダに装着された円柱状ロッ
ドをさらに備える、 ことを特徴とする請求項２６に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項２９】第１のリザーバ及び第２のリザーバと、 前記第１のリザーバと第２のリザーバとの間の流体の流
通を提供し、一般的な円柱状の内部穴を有するチューブ
と、をさらに備え、 前記サンプルホルダは、初期には前記第１のリザーバに
保持されている前記材料サンプルの１つを、前記チュー
ブを介して、前記第２のリザーバに移動させる、前記第
１のリザーバに配置されているピストンを含む、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項３０】少なくとも８つのサンプルの少なくとも
１つの物理特性を同時に測定することができる、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項３１】少なくとも４８のサンプルの少なくとも
１つの物理特性を同時に測定することができる、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項３２】少なくとも９６のサンプルの少なくとも
１つの物理特性を同時に測定することができる、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項３３】前記サンプルの少なくとも２つの物理特
性を同時に測定することができる、 ことを特徴とする請求項１に記載の複数の材料サンプル
の物理特性測定装置。 - 【請求項３４】前記少なくとも２つの物理特性を測定す
るために使用する試験方法は、曲げ、一軸延伸、二軸圧
縮、剪断、インデンテーション、破壊時の応力と歪み、
靭性、タック性、ループタック性、粘度、メルトフロー
インデックス、貯蔵弾性率、損失弾性率から構成される
グループから選択される、 ことを特徴とする請求項３３に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項３５】複数の材料サンプルの配列と、 １つの端部を有する、前記複数の材料サンプルを機械的
に摂動する少なくとも１つのプローブと、 前記材料サンプルが、前記少なくとも１つのプローブに
接触するように、当該端部の法線方向に、当該複数の材
料サンプルを移動させる、少なくとも１つのアクチュエ
ータと、 前記少なくとも１つのプローブによる機械的摂動に対す
る前記複数の材料サンプルの応答をモニタする、少なく
とも１つのセンサと、 を備えることを特徴とする材料の物理特性の測定による
材料の組み合わせライブラリのスクリーニングシステ
ム。 - 【請求項３６】前記材料サンプルの配列は、明確に予め
定められた領域で、当該材料により被覆された可撓性基
板を備える、 ことを特徴とする請求項３５に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項３７】１組の穿孔板をさらに備え、 前記可撓性基板は、前記穿孔板の間に挟持されるか、あ
るいは前記穿孔板の少なくとも一方に結合される、 ことを特徴とする請求項３６に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項３８】前記材料サンプルの配列は、明確に予め
定められた領域で、当該材料により被覆された硬い基板
を備える、 ことを特徴とする請求項３５に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項３９】前記硬い基板は、前記材料サンプルに対
して、低い摩擦係数を有する、 ことを特徴とする請求項３８に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４０】前記材料は、前記硬い基板の少なくとも
１つと、前記少なくとも１つのプローブの端部とに結合
される、 ことを特徴とする請求項３８に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４１】前記材料サンプルの配列と前記プローブ
とは、前記材料サンプルの配列の移動中に、前記材料
を、延伸する方向または圧縮する方向のどちらかに向い
ている、 ことを特徴とする請求項４０に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４２】前記材料サンプルの配列と前記プローブ
とは、前記材料サンプルの配列の移動中に、前記材料を
剪断する方向に向いている、 ことを特徴とする請求項４０に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４３】前記材料サンプルの配列は、当該材料で
被覆された円柱状ロッドを備える、 ことを特徴とする請求項３５に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４４】少なくとも１２の材料を同時にスクリー
ニングすることができる、 ことを特徴とする請求項３５に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４５】少なくとも４８の材料を同時にスクリー
ニングすることができる、 ことを特徴とする請求項３５に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４６】少なくとも９６の材料を同時にスクリー
ニングすることができる、 ことを特徴とする請求項３５に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４７】少なくとも２つの異なる物理特性の測定
に基づいて、前記材料サンプルの配列をスクリーニング
することができる、 ことを特徴とする請求項３５に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４８】前記少なくとも２つの物理特性を測定す
るために使用する試験方法は、曲げ、一軸延伸、二軸圧
縮、剪断、インデンテーション、破壊時の応力と歪み、
靭性、タック性、ループタック性、粘度、メルトフロー
インデックス、貯蔵弾性率、損失弾性率から構成される
グループから選択される、 ことを特徴とする請求項４７に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニングシステム。 - 【請求項４９】複数の材料の少なくとも２つをプローブ
と接触させることにより、当該複数の材料の配列を機械
的に摂動し、 この機械的摂動に対する前記材料の応答をモニタする、 ことを特徴とする材料の組み合わせライブラリのスクリ
ーニング方法。 - 【請求項５０】機械的摂動に対する前記材料サンプルの
応答をモニタすることは、当該材料により前記プローブ
上に負荷される力を、前記プローブと前記材料との間の
変位の関数として測定することを含む、 ことを特徴とする請求項４９に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニング方法。 - 【請求項５１】機械的摂動に対する前記材料サンプルの
応答をモニタすることは、当該材料により前記プローブ
上に負荷される力を、時間の関数として測定することを
含む、 ことを特徴とする請求項５０に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニング方法。 - 【請求項５２】前記材料の配列の当該応答を、ヤング
率、硬度、粘度、貯蔵弾性率、損失弾性率と対応させ
る、 ことを特徴とする請求項４９に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニング方法。 - 【請求項５３】少なくとも１２の材料を同時にスクリー
ニングすることができる、 ことを特徴とする請求項４９に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニング方法。 - 【請求項５４】少なくとも４８の材料を同時にスクリー
ニングすることができる、 ことを特徴とする請求項４９に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニング方法。 - 【請求項５５】少なくとも９６の材料を同時にスクリー
ニングすることができる、 ことを特徴とする請求項４９に記載の材料の組み合わせ
ライブラリのスクリーニング方法。 - 【請求項５６】前記着脱可能なサンプルホルダは、 １つの枠体と、 前記枠体にスライド可能に配置された少なくとも２つの
キャップと、 その１つが、前記枠体に装着され、他の１つが前記キャ
ップに装着される、少なくとも２つの交差する基板片
と、を備える、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項５７】前記着脱可能なサンプルホルダは、 １つの枠体と、 前記枠体の置き場（レセプタクル）に配置され、前記材
料サンプルがデポジットする前記少なくとも１つの端部
と平行に配置された既知の表面を有する、少なくとも２
つの錘と、を備える、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。 - 【請求項５８】前記試験固定具は、１つのキャップを有
するバネポペットを備え、前記キャップは、前記複数の
材料サンプルと平行に配置された既知の表面を有する、 ことを特徴とする請求項１７に記載の複数の材料サンプ
ルの物理特性測定装置。
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