JPH05332911A - 粘弾性試験片の流動学的特性を測定する測定装置及び 測定方法 - Google Patents

粘弾性試験片の流動学的特性を測定する測定装置及び 測定方法

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JPH05332911A
JPH05332911A JP4356590A JP35659092A JPH05332911A JP H05332911 A JPH05332911 A JP H05332911A JP 4356590 A JP4356590 A JP 4356590A JP 35659092 A JP35659092 A JP 35659092A JP H05332911 A JPH05332911 A JP H05332911A
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Alan R Eschbach
アラン、アー、エシュバーク
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い温度範囲にわたって性質が著しく変化す
る粘弾性材料の流動学的特性を、広い温度範囲にわたっ
て測定することにある。 【構成】 互いに対向する板42、40のうちの一方の
板42に設けた第1の接触領域64を、粘弾性材料の試
験片44が比較的低い温度にあるときに、試験片に結合
する。一方の板に設けた第2の接触領域66を、試験片
が比較的高い温度にあるときに、試験片に結合する。他
方の板40を一方の板に対して角度的に振動させ、両板
の相対角変位と板42に生ずるトルクとを測定する。前
記各温度において測定したトルク及び相対角変位が最適
範囲内に入れるように、第1の接触領域を、第2の接触
領域と相違させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に粘弾性材料の流
動学的特性(rheological propert
ies)の測定、ことに流動学的特性が比較的広い温度
範囲にわたり著しく変化する場合に、比較的広い温度範
囲にわたりこのような測定を容易にする動的せん断レオ
メータ(dynamic shear rheomet
er)の改良に関する。
【0002】
【背景技術】動的せん断レオメータは、研究開発と共に
広範囲の種類の材料の製造の際の品質管理のための工具
として従来は期間にわたり使われている。このようなレ
オメータの使用の際には、粘弾性材料の小さい試料を、
比較的小さい距鑓だけ互いに間隔を置いた互いに平行な
2個の円板の間に位置させる。これ等の円板の一方を振
動させコンピュータの制御のもとに精密電子モータによ
り生ずるトルクによって一方の円板の他方の円板に対す
る角度位置を変える。一方の円板の他方の円板に対する
角変位は通常光学的エンコーダにより精密に測定する。
次いでこの材料の流動学的特性を既知のトルク及び角変
位を使いコンピュータにより計算する。精度を保つよう
にトルク及び角変位の測定は、最適の範囲内に保つ。こ
の範囲内では測定する量は、適当な分解能を得るのに十
分なだけ大きく、しかもトルク及び角変位の両方を測定
するのに使われる測定装置の精度の範囲になるほど大き
くない。さらにトルク及び角変位の測定は、試験する材
料の応力及びひずみの間の関係が直線状のままである範
囲内で実施しなければならない。
【0003】従って広い温度範囲にわたり性質が著しく
変化する粘弾性材料の流動学的特性を比較的広い温度範
囲にわたり測定しようとする場合には、計器の使用に当
たり、互いに異なる温度で行われる測定における大きい
差に適応するように計器を変更するか、又は異なる測定
のために異なる計器を利用することが必要である。この
ような材料の1例がアスファルトであると、この場合粘
弾性を比較的低い温度で測定しなければならなくて、わ
ずかな角変位を得るのにアスファルトのこわさが極めて
大であり、高いトルクを必要とし、又比較的高い温度で
はアスファルトが粘性が低く、比較的低いトルクで大き
い角変位が生ずる。このような互いに異なる条件に適応
するように計器を変更するには時間と熟練とを必要と
し、従って比較的熟練してない作業者では多数の測定を
有効に行うのに妨げになる。多数の計器を利用すると迅
速容易にはなるが多数の計器を入手し保守を行うのに一
層高い費用がかかる。
【0004】本発明は、前記した問題を除くが若干を次
のように要約したいくつかの目的及び利点を示す改良を
提供するものである。すなわち、広い温度範囲にわたり
著しく性質の変る場合でも、比較的広い温度範囲にわた
って粘弾性材料の流動学的特性の正確な測定ができ、計
器の時間のかかる切替えを必要としないで、又高度に熟
煉した作業者を必要としないで単一の計器での測定を容
易にし、広く変化する温度において単一の計器で試験す
るのに、材料の単一の試料を使うことができ、とくに試
験片の粘弾性が試験手順における温度範囲にわたり大き
く変る場合に試料の取扱い、準備及び処理を容易にし、
温度の変化に伴い性質が著しく変る場合にアスファルト
のような材料の粘弾性の測定で経済性を持ち高度に熟練
した作業者を必要としないで精度及び速度を高めること
ができ、最少の労力及び費用で良好な品質管理の分野に
おいてアスファルトのような材料の粘弾性の経済的な測
定ができる。
【0005】前記の目的及び利点と共に別の目的及び利
点は、粘弾性が比較的広い違いを示す互いに異なる温度
で粘弾性試験片(viscoelastic test
specimen)の流動学的特性を測定するレオメ
ータ及び方法の改良として簡単に述べる本発明により得
られる。本発明は、粘弾性試験片を、互いに対向する板
の間に配置し、かつ、これ等の板に結合し、これ等板の
うちの一方を他方に対して角度的に振動させ、前記板の
うちの一方の他方に対する角変位と、この相対角変位に
関連するトルクとを、流動学的特性を定めるように、ト
ルク及び角変位の最適の範囲内で測定して流動学的特性
を測定するレオメータ及び測定方法において、互いに対
向する板のうちの一方の第1の接触領域を、前記試験片
が互いに異なる温度のうちの1つの温度にあるときにこ
の試験片に結合する手段及び段階と、試験片が互いに異
なる温度の別の温度にあるときに、この試験片に前記互
いに対抗する板のうちの前記一方の板の第2の接触領域
を結合する手段及び段階とを備え、前記第1の接触領域
と前記第2の接触領域との差異によって、前記互いに異
なる温度のうちの前記1つの温度と前記別の温度とのそ
れぞれにおいて測定したトルク及び相対角変位が最適の
範囲内に入るように、前記第1の接触領域を前記第2の
接触領域に相違させたことを特徴とするレオメータ及び
測定方法である。
【0006】以下本発明をその別の目的及び利点と共に
添付図面についてその好適な実施例をさらに詳しく説明
する。
【0007】
【実施例】図1に明らかなように本発明により構成した
レオメータ10は、上部支持部材14及び下部支持部材
16を持つフレーム12を備えている。下部スピンドル
20は、ボルト26により下部支持部材16に取付けた
電動機24に下部継手22により連結してある。下部継
手22は電動機24の軸28を駆動するように固定して
ある。上部スピンドル30は、上部継手32によりトル
ク測定変換器34に連結してある。トルク測定変換器3
4は、上部支持部材14の穴36内の受入れられ、フレ
ーム12に対して選択的な軸線方向上下方向の運動をす
るように、ラック及びピニオン構造37の形の手段の選
択的操作に応答して、穴36内で、図4及び5について
なお後述するように、図1に例示した後退位置と前進位
置との間で、矢印38により示すように中心軸線Cに平
行な方向に、トルク測定変換器34は滑動する。下部ス
ピンドル20は、止めねじ41によりスピンドル20と
共に回転するように円筒形の杯状体[cup]40の形
の下部板を支える。上部スピンドル30は、止めねじ4
3により上部スピンドル30に固定した円筒形円板42
の形の対向上部板を支える。アスファルトのような粘弾
性材料から成る試験片[test specimen]
44は、杯状体40に入れられ、円板42に向き合わせ
られる。環境室46は対向する杯状体40を囲み、その
中の試験片44と円板42とにより、試験片44を選定
した温度に保つ。杯状体40及び円板42は共になお詳
しく後述するように装入のために作業者が各スピンドル
20、30から選択的に取りはずすことができる。
【0008】図2及び3に明らかなように杯状体40
は、半径方向に延びる底部52と軸線方向に延びる円筒
形の側壁54とを持つ溜め50を備えている。側壁54
は、電動機24及びトルク測定変換器34の中心軸線C
に平行であり、底部52は軸線Cに直交する。杯状体4
0の上部フランジ56は、杯状体40を下部スピンドル
20に正確に位置決めし、半径方向面58を定める。半
径方向面58は底部52に平行で、面58内に試験片4
4の上面60が位置する。円板42は、円板42を横切
って半径方向に延び第1接触領域64及び第2の接触領
域66を持つ下面62を備えている。各接触領域64、
66は、一般に平らであり、第1の接触領域64は、半
径方向面68内に位置し、又第2の接触領域66は半径
方向面68に平行に、これから軸線方向上方に短い距離
だけ間隔を置いた半径方向面70内にある。各半径方向
面68、70は、平面58に平行であり、円板42の下
面62は、試験片44の上面60に向き合い、これに平
行である。杯状体40及び円板42は、共に軸線Cのま
わりに回転するように心合せしてある。
【0009】アスファルト試料に対して約−30°Fで
ある第1の比較的低い温度で、試験片44の流動学的特
性を測定しようとするときは、試験片44の温度は、環
境室46によりこの温度に設定され、トルク測定変換器
34を、図4に示すように第1の接触領域64が試験片
44にその上面60で結合される位置に円板42が下降
するまで前進させる。図3に明らかなように、試験片4
4に対する第1の接触領域64のこのような結合は、第
1の接触領域64のセレーション72の形で示した結合
強化手段を使って強化するのがよい。第1の接触領域6
4を試験片44に結合すると、電動機24を作動し、杯
状体40を振動させることにより、円板42にトルクを
生じさせる。このトルクの大きさと、杯状体40及び円
板42間の相対角度変位とは、トルク測定変換器34及
び角変位変換器74を備えた測定手段により検出し、又
トルク及び角変位の測定値はコンピュータ76等により
流動学的特性を計算するのに使う。
【0010】アスファルト試験片に対しては約120゜
Fである第2の比較高い温度で、試験片の流動学的特性
を側定するのが望ましいときは、同じ試験片44の温度
は、環境室46により所要の温度に設定され、図5に示
すように、第2の接触領域66と試験片44と共に第1
の接触領域64に結合する位置に円板42を下げるま
で、トルト測定変換器34を前進させる。次いで第1及
び第2の接触領域64、66を共に試験片44に結合す
ると、電動機24を作動し、杯状体40を前記のように
振動させることにより、円板42にトルクを生じさせ
る。トルクの大きさと、杯状体40及び円板42の間の
相対角変位とは、トルク測定変換器34及び角変位変換
器74により形成した測定手段により検出する。又トル
ク及び角変位測定値を使い、コンピュータ76等により
流動学的特性を計算する。
【0011】第1の接触領域64及び第2の接触領域6
6の相対寸法は、第1及び第2の温度において両変換器
34、74により形成した測定手段により測定したトル
ク及び角変位が、最適の範囲内に留まるように選定され
る。この最適範囲は、各変換器34、74を最高の精度
を生ずるように構成したトルク及び角変位の測定値の範
囲である。この最適範囲により、変換器34、74によ
り測定した角変位が精度に必要な分解能を生ずるのに十
分なだけ大きいが、変換器34、74の精度範囲を越え
て延びるほどに大きくないようにする。さらに最適範囲
により試験片の応力及びひずみの間の直線関係が確実に
保たれる。相対寸法のこのような選択と、低い方の温度
における小さい方の全接触領域及び高い方の温度におけ
る小さい方の全接触領域の選択的結合とによって、トル
ク及び角変位は最適の範囲内に維持される。すなわち変
換器34、74の測定値の最適範囲内と、試験片44内
のひずみ及び応力間の直線関係内とに、第1及び第2の
温度間の差から試験片44の粘度に比較的大きい変化が
生じてもトルク及び角変位は維持される。すなわち一層
大きい全接触領域は、下降した粘度を補償し、トルク及
び角変位を最適の測定範囲内に持来す。アスファルト試
験片44の典型的試験のために円板42に約8mmの全
直径を持つ第1の接触領城64を設けると共に、第2の
接触領域66は約25mmの全直径を持ち、又第1及び
第2の接触領域64、66間の軸線方向間隔は約3mm
にする。杯状体40の溜め50は、約40mmの直径と
約8mmの軸線方向深さとを持ち、前記した手順を適当
に実施するのに、杯状体40に試験片を結合できる体積
及び寸法を試験片44に与える。このようにして同じレ
オメータ内の同じ変換器34、74が、同じ試験片44
に作用して、著しく異なる温度で多数の試験片、又は各
別の試験片の多数回の操作又は多数のレオメータ内への
同じ試験片の挿入を必要としないで迅速有効に試験片4
4の流動学的特性に関する情報を得る。レオメータ10
の例示した実施例では、トルク及び角変位測定値は各別
の変換器34、74により得られるように示してある
が、同じ測定値を得るのに一体化した変換器アセンブリ
を利用することができる。
【0012】平行板形レオメータの下部板としての杯状
体40使用により、熟練度の限定された作業者が現場で
所要の試験を行うことのできるまで試験手順を簡略化で
きる。図6ないし8に示すように、杯状体40にアスフ
ァルト試験片を装入するのは簡単なことである。杯状体
40は、レオメータ10から杯状体40を取りはずして
図6に示すように先ず溶融アスファルト80を充てんす
る。引続いて杯状体40内のアスファルト80を、たと
えば図7に示すようにアスファルト80の表面に沿い直
線縁部84を持つ器具82を引っ張ることによりなら
す。直線縁部84は、杯状体40のフランジ56の上面
86により案内され、過剰なアスファルト88を除くよ
うにする。残りのアスファルト試験片44は、図8に示
すように平面58内に位置するレベル上面60を持つ。
準備が終ると、試験片44を内部に入れた杯状体40
は、取扱いが容易になり、レオメータ10内に容易に挿
入され、引続いてアスファルトに直接接触しないで取出
すことができる。さらにアスファルト試験片44の任意
所望の予備調整は、試験片44を、レオメータ10から
取出す間に容易に行われる。さらに試験片44自体は容
易に処理できる。
【0013】本発明により前記した目的及び利点が得ら
れるのは明らかである。すなわち広い温度範囲にわたっ
て性質が著しく変る場合でも、比較的広い温度範囲にわ
たって粘弾性材料の流動学的特性へ測定ができ、計器の
時間のかかる交換を必要としないで又高度に熟練した作
業者を必要としないで単一の計器による計測を容易に
し、広範囲に変る温度で単一の計器で試験するのに単一
の材料試験片の使用ができ、とくに試験片の粘弾性が試
験手順における温度範囲にわたって大きく変化する場合
に、試験片の取扱い、準備及び処置が容易になり、温度
の変化に伴い性質が著しく変る場合にアスファルトのよ
うな材料の粘弾性の測定を行う際に経済的に又高度に熟
練した作業者を必要としないで速度を高めて増大した精
度が得られ、アスファルトのような材料の粘弾性の経済
的な測定が最低の努力及び費用で典型的な品質管理のた
めに現場でできる。
【0014】以上本発明の好適な実施例を詳細に説明し
たが本発明はなおその精神を逸脱しないで種種の変化変
型を行うことができるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の1実施例を一部を横断面にして示
す正面図である。
【図2】図1の要部の拡大横断面図である。
【図3】図2の3−3線に沿い矢印の向きに見た平面図
である。
【図4】本発明方法を例示するように図2を別の作動位
置で示す横断面図である。
【図5】図2をなお別の作動位置で示す図4と同様な横
断面図である。
【図6】本発明装置の逐次の使用順序を示す横断面図で
ある。
【図7】本発明装置の逐次の使用順序を示す横断面図で
ある。
【図8】本発明装置の逐次の使用順序を示す横断面図で
ある。
【符号の説明】
10 測定装置(レオメータ) 34、74 測定手段(変換器) 40 杯状体 42 円板 44 試験片 64 第1の接触領域 66 第2の接触領域 72 セレーション(強化手段)

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粘弾性試験片を、互いに対向する板の間
    に配置し、かつこれ等の板に結合し、これ等の板のうち
    の一方を、他方に対して角度的に振動させ、前記板のう
    ちの一方の他方に対する角変位と、この相対的角変位に
    関連するトルクとを、流学的特性を定めるように、トル
    ク及び角変位の最適測定範囲内で測定手段により測定す
    るようにして成り,粘弾性が比較的広い差異を示す互い
    に異なる温度において、前記粘弾性試験片の流動学的特
    性を測定する測定装置において、 前記互いに対向する
    板のうちの一方に設けられ、前記試験片が互いに異なる
    温度の1つの温度にあるときに、この試験片に結合され
    る第1の接触領域と、前記互いに対向する板のうちの前
    記一方の板に設けられ、前記試験片が前記互いに異なる
    温度のうちの別の温度にあるときに、この試験片に結合
    される第2の接触領域と、 前記試験片が互いに異なる温度のうちの前記1つの温度
    にあり、かつ前記互いに対向する板のうちの前記他方に
    結合されるときは、前記第1の接触領域を前記試験片に
    選択的に結合し、かつ前記試験片が互いに異なる温度の
    うちの前記別の温度にあり、かつ前記互いに対向する板
    のうちの他方に結合されるときは、前記第2の接触領域
    を前記試験片に選択的に結合する結合手段と、を備え、 前記第1の接触領域と、前記第2の接触領域との差異に
    よって、前記互いに異なる温度のうちの前記1つの温度
    及び別の温度のそれぞれにおいて、前記測定手段により
    測定したトルク及び相対角変位が最適範囲内に入るよう
    に、前記第1の接触領域を前記第2の接触領域と相違さ
    せたことを特徴とする測定装置。
  2. 【請求項2】 前記互いに異なる温度が、第1の温度及
    び第2の温度を含み、前記第1の温度を、前記第2温度
    より低くし、前記第1の接触領域を、前記第2の接触領
    域より小さくした、請求項1の測定装置。
  3. 【請求項3】 前記第1及び第2の接触領域が、前記互
    いに対向する板のうちの前記一方の板に沿い半径方向に
    延び、前記第1の接触領域を、前記第2の接触領域から
    軸線方向に間隔を置いた、請求項1の測定装置。
  4. 【請求項4】 前記互いに異なる温度が、第1の温度及
    び第2の温度を含み、前記第1の温度を、前記第2温度
    より低くし、前記第1の接触領域を、前記第2の接触領
    域より小さくし、前記第1の接触領域を、前記互いに対
    向する板の他方に対し前記第2の接触領域より近接させ
    た、請求項3の測定装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の接触領域が、第1の平面内に
    あり、前記第2の接触領域が前記第1の平面から軸線方
    向に間隔を置いた第2の平面内にあるようにした、請求
    項3の測定装置。
  6. 【請求項6】 前記互いに異なる温度が、第1の温度及
    び第2の温度を含み、前記第1の温度を、前記第2温度
    より低くし、前記第1の接触領域を、前記第2の接触領
    域より小さくし、前記第1の平面を前記の互いに対向す
    る板の他方に対し前記第2の平面より近接させた、請求
    項5の測定装置。
  7. 【請求項7】 前記第1の接触領域に接触強化手段を設
    けた、請求項6の測定装置。
  8. 【請求項8】 前記接触強化手段が、前記第1の接触領
    域に設けたセレーションを備えた、請求項7の測定装
    置。
  9. 【請求項9】 粘弾性試験片を、互いに対向する板の間
    に配置し、かつこれ等の板に結合し、これ等の板のうち
    の一方を、他方に対して角度的に振動させ、前記板のう
    ちの一方の他方に対する角変位と、この相対的角変位に
    関連するトルクとを、流動学的特性を定めるように、ト
    ルク及び角変位の最適範囲内で測定するようにし、粘弾
    性が比較的広い差異を示す互いに異なる温度において、
    前記粘弾性試験片の流動学的特性を測定する測定方法に
    おいて、前記互いに対向する板のうちの一方に設けた第
    1の接触領域を、前記試験片が互いに異なる温度のうち
    の1つの温度にあるときに、この試験片に結合し、 前記互いに対向する板のうちの前記一方の板に設けた第
    2の接触領域を、前記試験片が前記互いに異なる温度の
    うちの別の温度にあるときに、この試験片に結合し、 前記第1の接触領域と、前記第2の接触領域との差異に
    よって、前記互いに異なる温度のうちの前記1つの温度
    及び別の温度のそれぞれにおいて測定したトルク及び相
    対角変位が最適範囲内に入るように、前記第1の接触領
    域を前記第2の接触領域と相偉させたことを特徴とする
    測定方法。
  10. 【請求項10】 前記互いに異なる温度が、第1の温度
    及び第2の温度を含み、前記第1の温度を、前記第2の
    温度より低くし、前記第1の接触領域を、前記第2の接
    触領域より小さくした、請求項9の測定方法。
  11. 【請求項11】 粘弾性が比較的広い差異を示す互いに
    異なる温度において粘弾性試験片の流動学的特性を測定
    する測定装置において、 前記試験片を受け入れる溜めを持つ杯状体と、この杯状
    体に対向する円板において、(i)前記試験片が、前記
    互いに異なる温度のうちの1つの温度にあるときに、前
    記杯状体の溜め内の前記試験片に結合され、この杯状体
    に前記円板を結合する第1の接触領域と、(ii)前記
    試験片が前記互いに異なる温度のうちの別の温度にある
    ときに、前記杯状体の溜めに向き合い、この記杯状体の
    溜め内の前記試験片に結合され、この杯状体に前記円板
    を結合する第2の接触領域とを持つ円板と、 この円板を、前記杯状体に前記試験片を介して結合した
    ときに、前記円板と前記杯状体との間に相対的角度的振
    動を生じさせ、前記円板と前記杯状体との間の相対的角
    変位と、この相対的角変位に関連するトルクとを生じさ
    せるようにした運動手段と、 前記円板と前記杯状体との間の相対角変位を測定し、前
    記試験片の流動学的特性を定めるように、最適範囲内で
    前記相対角変位に関連するトルクを測定する測定手段と
    を備え、 前記第1の接触領域と前記第2の接触領域との差異によ
    って、前記互いに異なる温度のうちの前記1つの温度と
    前記別の温度とのそれぞれにおいて前記測定手段により
    測定したトルク及び相対角変位が最適範囲内に入るよう
    に、前記第1の接触領域を、前記第2の接触領域に相違
    させて成る測定装置。
  12. 【請求項12】 前記互いに異なる温度が第1の温度及
    び第2の温度を含み、前記第1の温度を、前記第2の温
    度より低くし、前記第1の接触領域を、前記第2の接触
    領域より小さくした、請求項11の測定装置。
  13. 【請求項13】 前記第1及び第2の接触領域が、前記
    互いに対向する板のうちの前記の一方に沿い半径方向に
    延び、前記第1の接触領域を、前記第2接触領域から軸
    線方向に互いに間隔を置いた、請求項11の測定装置。
  14. 【請求項14】 前記互いに異なる温度が、第1の温度
    及び第2の温度を含み、前記第1の温度を、前記第2の
    温度より低くし、前記第1の接触領域を、前記第2の接
    触領域より小さくし、前記第1の接触領域を、前記杯状
    体に対し前記第2の接触領域より近接させた、請求項1
    3の測定装置。
  15. 【請求項15】 前記第1の接触領域が、第1の平面に
    あり、かつ前記第2の接触領域が、前記第1の平面から
    軸線方向に間隔を置いた第2の平面内にあるようにし
    た、請求項13の測定装置。
  16. 【請求項16】 前記互いに異なる温度が、第1の温度
    及び第2の温度を含み、前記第1の温度を、前記第2温
    度より低くし、前記第1の接触領域を、前記第2の接触
    領域より小さくし、前記第1の平面を、前記杯状体に対
    し前記第2の平面より近接させた、請求項15の測定装
    置。
  17. 【請求項17】 前記第1の接触領域に接触強化手段を
    設けた、請求項16の測定装置。
  18. 【請求項18】 前記接触強化手段が、前記第1の接触
    領域に設けたセレーションを備えた、請求項17の測定
    装置。
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