JPH102852A - 機械的分析装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動力機械的分析装置と熱機械的分析装置のい
ずれかに用いられる機械的分析装置を提供する。 【解決手段】 動力及び熱機械的分析装置は大きな変位
空間の低摩擦小質量の空気軸受案内装置内で垂直に駆動
されるスライドを有する。スライドの位置は高い部分的
な分解能と長い行程の光エンコーダにより発せられた２
つの直角位相の出力信号をデジタル化し補間することに
より測定される。高い力と高度の力の直線性と温度変化
に対する低い感度とを有するリニア永久磁石モーターを
用いてスライドに力が加えられる。デジタル化され補間
された直角位相出力信号から生じた位置信号が、加えら
れた力の関数として分析され材料の標本の粘弾性特性を
計算する。
ずれかに用いられる機械的分析装置を提供する。 【解決手段】 動力及び熱機械的分析装置は大きな変位
空間の低摩擦小質量の空気軸受案内装置内で垂直に駆動
されるスライドを有する。スライドの位置は高い部分的
な分解能と長い行程の光エンコーダにより発せられた２
つの直角位相の出力信号をデジタル化し補間することに
より測定される。高い力と高度の力の直線性と温度変化
に対する低い感度とを有するリニア永久磁石モーターを
用いてスライドに力が加えられる。デジタル化され補間
された直角位相出力信号から生じた位置信号が、加えら
れた力の関数として分析され材料の標本の粘弾性特性を
計算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は動力機械的分析装置
（ＤＭＡ）と熱機械的分析装置（ＴＭＡ）のような熱分
析装置に関する。
（ＤＭＡ）と熱機械的分析装置（ＴＭＡ）のような熱分
析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】動力機械的分析 動力機械的分析は周期的な負荷を材料の標本に加えるこ
とにより材料の粘弾性特性を測定する技術である。ＤＭ
Ａは弾性係数と減衰のような材料特性を測定する。この
ような特性の測定は標本材料の性能に関する量及び性質
の情報を提供する。
とにより材料の粘弾性特性を測定する技術である。ＤＭ
Ａは弾性係数と減衰のような材料特性を測定する。この
ような特性の測定は標本材料の性能に関する量及び性質
の情報を提供する。
【０００３】例えばエラストマー、粘性熱硬化性液、複
合物、塗膜及び接着剤、セラミック、及び金属を含む多
種類の材料がＤＭＡを用いて評価される。ＤＭＡはまた
広く用いられ材料の特性に時間−依存、周波数−依存及
び温度−依存の効果を表わす粘弾性重合体材料を評価す
る。ＤＭＡはさらに弾性又は減衰の係数のような特性の
変化を時間、温度又は周波数の関数として分析すること
により、材料の構造の変化に関する物理的な変換を研究
するのに用いられる。
合物、塗膜及び接着剤、セラミック、及び金属を含む多
種類の材料がＤＭＡを用いて評価される。ＤＭＡはまた
広く用いられ材料の特性に時間−依存、周波数−依存及
び温度−依存の効果を表わす粘弾性重合体材料を評価す
る。ＤＭＡはさらに弾性又は減衰の係数のような特性の
変化を時間、温度又は周波数の関数として分析すること
により、材料の構造の変化に関する物理的な変換を研究
するのに用いられる。
【０００４】ＤＭＡを用いて調べることのできる典型的
な変換は重合体のような材料が良好に処理された結晶構
造から非結晶状の又はガラス状の構造に変化するガラス
転移である。ＤＭＡはまたクリープ（一定負荷のもとの
標本の長時間の変形）と応力緩和（一定の初期変形を受
けた標本の応力の減少）のような時間−依存の材料特性
を調べるのに用いられる。
な変換は重合体のような材料が良好に処理された結晶構
造から非結晶状の又はガラス状の構造に変化するガラス
転移である。ＤＭＡはまたクリープ（一定負荷のもとの
標本の長時間の変形）と応力緩和（一定の初期変形を受
けた標本の応力の減少）のような時間−依存の材料特性
を調べるのに用いられる。
【０００５】ＤＭＡは一般に標本を多数の試験状態の１
つに保持する取付け具と、周期的な負荷を標本に加える
駆動装置と、標本を加熱し冷却し保護するための標本室
と、負荷を加え温度を調整するための制御装置と、測定
値を記録するためのデータ収集装置とを含んでいる。
つに保持する取付け具と、周期的な負荷を標本に加える
駆動装置と、標本を加熱し冷却し保護するための標本室
と、負荷を加え温度を調整するための制御装置と、測定
値を記録するためのデータ収集装置とを含んでいる。
【０００６】取付け具は標本を保持するクランプ（締め
つけ具）を含んでいる。少なくとも１つの締めつけ具は
少なくとも１つの他の締めつけ具に対して動くことがで
きそれにより標本が変形されるようにする。この可動締
めつけ具は標本を所定の変位により又は所定の大きさと
方向の負荷を加えることにより動かすことのできる駆動
装置に連結される。ＤＭＡは標本を相互に交換可能な取
付け具を用いることにより多くのモードに変形する。典
型的な異なる変形モードは屈撓、引張り、圧縮、及び剪
断の各モードを含んでいる。
つけ具）を含んでいる。少なくとも１つの締めつけ具は
少なくとも１つの他の締めつけ具に対して動くことがで
きそれにより標本が変形されるようにする。この可動締
めつけ具は標本を所定の変位により又は所定の大きさと
方向の負荷を加えることにより動かすことのできる駆動
装置に連結される。ＤＭＡは標本を相互に交換可能な取
付け具を用いることにより多くのモードに変形する。典
型的な異なる変形モードは屈撓、引張り、圧縮、及び剪
断の各モードを含んでいる。
【０００７】ＤＭＡにおいて、標本に加えられる変位は
周期的に、通常は正弦波状に変化する。この振動周波数
は典型的には０．００１Hzから１００Hz又はそれ以上の
範囲である。この変位をさせるのに必要な力は負荷と変
位との間の変位と位相の関係と共に記録される。
周期的に、通常は正弦波状に変化する。この振動周波数
は典型的には０．００１Hzから１００Hz又はそれ以上の
範囲である。この変位をさせるのに必要な力は負荷と変
位との間の変位と位相の関係と共に記録される。
【０００８】標本と取付け具は、標本と取付け具を通常
の周囲温度より高い温度に加熱し又は標本と取付け具を
通常の周囲温度より低い温度に冷却することのできる温
度制御される標本室の内部に収容される。この温度は一
般に動力的に、例えば一定の加速又は冷却速度で変化さ
れる。
の周囲温度より高い温度に加熱し又は標本と取付け具を
通常の周囲温度より低い温度に冷却することのできる温
度制御される標本室の内部に収容される。この温度は一
般に動力的に、例えば一定の加速又は冷却速度で変化さ
れる。
【０００９】標本の剛性と減衰は、機械的装置の運動に
よるまた標本の変形による構成部分に加えられた負荷を
分離する周知の機械的関係部分を用いて、力、変位及び
位相のデータから温度の関数として計算される。標本に
加えられた力と得られた変位との間の位相関係は標本変
形力成分がさらに弾性成分と粘性成分とに分割されるよ
うにする。この弾性成分と粘性成分は特定標本の幾何学
形状と変形モードに関する基準等式の使用を介して弾性
係数と減衰を決定するのに用いられる。これらの等式は
この分野において、例えば「弾性の理論」 S.P.Timoshe
nko and J.N.Goodier, McGraw-Hill (第３版、１９７０
年）から周知である。
よるまた標本の変形による構成部分に加えられた負荷を
分離する周知の機械的関係部分を用いて、力、変位及び
位相のデータから温度の関数として計算される。標本に
加えられた力と得られた変位との間の位相関係は標本変
形力成分がさらに弾性成分と粘性成分とに分割されるよ
うにする。この弾性成分と粘性成分は特定標本の幾何学
形状と変形モードに関する基準等式の使用を介して弾性
係数と減衰を決定するのに用いられる。これらの等式は
この分野において、例えば「弾性の理論」 S.P.Timoshe
nko and J.N.Goodier, McGraw-Hill (第３版、１９７０
年）から周知である。
【００１０】熱機械的分析 熱機械的分析は標本の寸法の直線状の変化又は容積変化
を時間、温度又は力の関数として測定する技術である。
標本の熱膨張、粘性、ゲル時間及び温度、ガラス転移温
度、及びその他の特性の係数はこのデータから決定する
ことができる。さらに、標本の物理的な変換は負荷と変
形の記録を時間の関数として分析することにより知るこ
とができる。ＴＭＡはＤＭＡを用いて分析することので
きる同じ多くの種類の材料の特性を決定するのに用いる
ことができる。典型的な従来技術のＴＭＡはウーヘの米
国特許第４，０１９，３６５号に記載されている。
を時間、温度又は力の関数として測定する技術である。
標本の熱膨張、粘性、ゲル時間及び温度、ガラス転移温
度、及びその他の特性の係数はこのデータから決定する
ことができる。さらに、標本の物理的な変換は負荷と変
形の記録を時間の関数として分析することにより知るこ
とができる。ＴＭＡはＤＭＡを用いて分析することので
きる同じ多くの種類の材料の特性を決定するのに用いる
ことができる。典型的な従来技術のＴＭＡはウーヘの米
国特許第４，０１９，３６５号に記載されている。
【００１１】熱機械的分析装置は、標本が一組の取付け
具により保持され、負荷が駆動装置により加えられ、加
えられた負荷と標本のこの負荷による変位とが標本と取
付け具が制御された加熱又は冷却速度で加熱又は冷却さ
れるにしたがって測定され記録される点で、ＤＭＡと同
じである。またＤＭＡと同様に、ＴＭＡは一組の相互に
交換可能な取付け具を用い様々な異なった変形モードを
標本に与えるようにし、屈撓、引張り、剪断及び圧縮の
各モードを含んでいる。しかしＤＭＡとは異なり、ＴＭ
Ａにおいて標本に加えられた負荷は時間により周期的に
変化するものではない。
具により保持され、負荷が駆動装置により加えられ、加
えられた負荷と標本のこの負荷による変位とが標本と取
付け具が制御された加熱又は冷却速度で加熱又は冷却さ
れるにしたがって測定され記録される点で、ＤＭＡと同
じである。またＤＭＡと同様に、ＴＭＡは一組の相互に
交換可能な取付け具を用い様々な異なった変形モードを
標本に与えるようにし、屈撓、引張り、剪断及び圧縮の
各モードを含んでいる。しかしＤＭＡとは異なり、ＴＭ
Ａにおいて標本に加えられた負荷は時間により周期的に
変化するものではない。
【００１２】ＤＭＡとＴＭＡは多くの構成要素を共通に
有し、本発明を包含するある種の装置は両方の型式の分
析を行うことができる。“機械的分析装置”なる用語は
ここでは動力機械的分析装置もしくは熱機械的分析装
置、又は動力機械的分析装置と熱機械的分析装置の両
方、あるいは動力機械的分析と熱機械的分析の両方に用
いることのできる装置を指すのに用いられる。
有し、本発明を包含するある種の装置は両方の型式の分
析を行うことができる。“機械的分析装置”なる用語は
ここでは動力機械的分析装置もしくは熱機械的分析装
置、又は動力機械的分析装置と熱機械的分析装置の両
方、あるいは動力機械的分析と熱機械的分析の両方に用
いることのできる装置を指すのに用いられる。
【００１３】駆動装置 ＤＭＡ／ＴＭＡの駆動装置は案内機構、モーター及び変
位センサーからなっている。
位センサーからなっている。
【００１４】案内機構は駆動が直線状であるのを保証し
なければならず、所望範囲の運動ができるようにしなけ
ればならず、また高度に再現性があるものとしなければ
ならない。案内機構は駆動装置を案内するため軸受か弾
性屈曲体を用いる。２つの型の軸受、空気軸受と宝石軸
受が従来技術で用いられてきた。空気軸受は宝石軸受よ
りも非常に低い摩擦を有しているが、典型的には非常に
高い質量を有しより高価である。その高い摩擦のため、
宝石軸受を用いる装置は良く較正することができず、ま
たそのため力の分解能を減少させる。宝石軸受は非常に
低い剛性の標本には用いることができず、より高い剛性
の標本を処理する時は精度を減少させる（よく較正でき
ないため）。弾性屈撓体を用いる案内機構は低い剛性の
標本の特性を正確に測定することができず、限られた範
囲の運動（典型的には１mm又はそれ以下のオーダーの）
となる。
なければならず、所望範囲の運動ができるようにしなけ
ればならず、また高度に再現性があるものとしなければ
ならない。案内機構は駆動装置を案内するため軸受か弾
性屈曲体を用いる。２つの型の軸受、空気軸受と宝石軸
受が従来技術で用いられてきた。空気軸受は宝石軸受よ
りも非常に低い摩擦を有しているが、典型的には非常に
高い質量を有しより高価である。その高い摩擦のため、
宝石軸受を用いる装置は良く較正することができず、ま
たそのため力の分解能を減少させる。宝石軸受は非常に
低い剛性の標本には用いることができず、より高い剛性
の標本を処理する時は精度を減少させる（よく較正でき
ないため）。弾性屈撓体を用いる案内機構は低い剛性の
標本の特性を正確に測定することができず、限られた範
囲の運動（典型的には１mm又はそれ以下のオーダーの）
となる。
【００１５】ＤＭＡ／ＴＭＡ装置に典型的に用いられる
モーターはリニア永久磁石モーターである。これらのモ
ーターは固定された永久磁石と可動コイル組立体とから
なっている。永久磁石の磁界強さは温度の上昇に伴って
減少する。したがって可動コイル組立体における熱の発
生からの磁石の温度変化はモーターの出力を減少させ
る。これは標本に加えられた力の測定に誤差を生じるこ
とになる。さらにまた、電流を可動コイル組立体に供給
する可撓性のリード線は変位測定に誤差を生じることの
ある力を発生する。最良の結果は最小の力を発生する可
撓性の大きいリード線を用いることにより得られる。
モーターはリニア永久磁石モーターである。これらのモ
ーターは固定された永久磁石と可動コイル組立体とから
なっている。永久磁石の磁界強さは温度の上昇に伴って
減少する。したがって可動コイル組立体における熱の発
生からの磁石の温度変化はモーターの出力を減少させ
る。これは標本に加えられた力の測定に誤差を生じるこ
とになる。さらにまた、電流を可動コイル組立体に供給
する可撓性のリード線は変位測定に誤差を生じることの
ある力を発生する。最良の結果は最小の力を発生する可
撓性の大きいリード線を用いることにより得られる。
【００１６】従来のＤＭＡとＴＭＡは駆動装置の変位を
測定するための変位トランスジューサとしてリニア可変
差動変圧器（“ＬＶＤＴ”）と渦電流トランスジューサ
を用いていた。ＬＶＤＴは分解能が測定ストローク（行
程）に反比例しそのため最高の精度は最短のストローク
で得られるという欠点を有している。ＤＭＡ又はＴＭＡ
電子機器からの漂遊磁界と駆動モーターと加熱炉は変位
測定に誤差を生じることがある。高い精度にとって磁界
に対する磁化率と限られた範囲の変位はＬＶＤＴを用い
る装置にとって大きな欠点である。
測定するための変位トランスジューサとしてリニア可変
差動変圧器（“ＬＶＤＴ”）と渦電流トランスジューサ
を用いていた。ＬＶＤＴは分解能が測定ストローク（行
程）に反比例しそのため最高の精度は最短のストローク
で得られるという欠点を有している。ＤＭＡ又はＴＭＡ
電子機器からの漂遊磁界と駆動モーターと加熱炉は変位
測定に誤差を生じることがある。高い精度にとって磁界
に対する磁化率と限られた範囲の変位はＬＶＤＴを用い
る装置にとって大きな欠点である。
【００１７】単一コイルの渦電流トランスジューサは極
めて非直線状であり、またそのため変位の読取りにとっ
て非常に慎重な線形化を必要とする。２重コイル渦電流
トランスジューサは合理的に直線状であるが、目標の伝
導性材料の両側に接近する必要があり、そのため機械的
により複雑となる。
めて非直線状であり、またそのため変位の読取りにとっ
て非常に慎重な線形化を必要とする。２重コイル渦電流
トランスジューサは合理的に直線状であるが、目標の伝
導性材料の両側に接近する必要があり、そのため機械的
により複雑となる。
【００１８】変位トランスジューサは装置の固定部分で
ある駆動装置フレームの付随して起こる運動によって作
用されるようにできる。これらの付随運動には２つの主
要な原因があり、それは差動熱膨張と駆動装置フレーム
の運動による支持振動効果とである。熱膨張効果は振動
の周波数に比べて長い時間にわたって起こり、一般に位
置の測定に長時間のドリフト（偏差）を生じる。支持効
果はフレームを駆動周波数で振動できるようにする。変
位トランスジューサがフレーム上にあるため、フレーム
の運動は測定された変位に寄与する。フレームの運動の
位相は駆動周波数、標本の自然周波数、及び支持体の自
然周波数に依存して、１８０°の位相内から１８０°の
位相外へと変化する。この結果、標本の変位は測定され
た変位より僅かに小さく又は僅かに大きくなる。したが
って、測定器の可動部分の加速に帰因する駆動力の部分
が計算された時、この駆動力の部分は高くなるか低くな
り、標本特性に誤差を生じる結果となる。
ある駆動装置フレームの付随して起こる運動によって作
用されるようにできる。これらの付随運動には２つの主
要な原因があり、それは差動熱膨張と駆動装置フレーム
の運動による支持振動効果とである。熱膨張効果は振動
の周波数に比べて長い時間にわたって起こり、一般に位
置の測定に長時間のドリフト（偏差）を生じる。支持効
果はフレームを駆動周波数で振動できるようにする。変
位トランスジューサがフレーム上にあるため、フレーム
の運動は測定された変位に寄与する。フレームの運動の
位相は駆動周波数、標本の自然周波数、及び支持体の自
然周波数に依存して、１８０°の位相内から１８０°の
位相外へと変化する。この結果、標本の変位は測定され
た変位より僅かに小さく又は僅かに大きくなる。したが
って、測定器の可動部分の加速に帰因する駆動力の部分
が計算された時、この駆動力の部分は高くなるか低くな
り、標本特性に誤差を生じる結果となる。
【００１９】駆動周波数が機械的装置の自然周波数と共
振した場合は、支持体の振動効果は特に厄介なものとな
る。この振動効果は標本の物理的変換と間違って解釈さ
れる標本特性のピーク（最大値）を生じる。したがって
測定器は熱膨張誤差と振動支持体変位誤差の両方を明ら
かにして最高の精度が得られるように設計しなければな
らない。
振した場合は、支持体の振動効果は特に厄介なものとな
る。この振動効果は標本の物理的変換と間違って解釈さ
れる標本特性のピーク（最大値）を生じる。したがって
測定器は熱膨張誤差と振動支持体変位誤差の両方を明ら
かにして最高の精度が得られるように設計しなければな
らない。
【００２０】標本室 標本室は標本を加熱し又は冷却し標本の低下を防止する
ため保護大気を提供する。抵抗性の加熱要素を標本とそ
の取付け具を直接加熱する標本の囲いの中に配置するこ
とができ、又はこれを標本の囲いの外に配置し標本の囲
いを通過する空気をファンによって加熱することができ
る。
ため保護大気を提供する。抵抗性の加熱要素を標本とそ
の取付け具を直接加熱する標本の囲いの中に配置するこ
とができ、又はこれを標本の囲いの外に配置し標本の囲
いを通過する空気をファンによって加熱することができ
る。
【００２１】標本と取付け具は低温液体又はガス、通常
は窒素を標本室に導入することにより冷却される。冷却
媒体がガスである時は、低温液体が標本室の外に蒸発さ
れこの冷却ガスが標本室に伝達される。冷却媒体が液体
の時は、低温液体が標本室に伝達され蒸発し標本とその
取付け具を冷却する。低温液体の蒸発が大量のエネルギ
ーを吸収するので、標本室内部での低温体の蒸発を用い
た時に非常に大きな冷却効果が得られ、低温体の非常に
少ない消費をもたらす。あいにく、液体とガスとの間の
温度の差が大きく、そのため蒸発工程は標本室内に大き
な温度の変動を生じ、これが続いて標本温度の大きなか
つ常軌を逸した変動を生じるものとなる。
は窒素を標本室に導入することにより冷却される。冷却
媒体がガスである時は、低温液体が標本室の外に蒸発さ
れこの冷却ガスが標本室に伝達される。冷却媒体が液体
の時は、低温液体が標本室に伝達され蒸発し標本とその
取付け具を冷却する。低温液体の蒸発が大量のエネルギ
ーを吸収するので、標本室内部での低温体の蒸発を用い
た時に非常に大きな冷却効果が得られ、低温体の非常に
少ない消費をもたらす。あいにく、液体とガスとの間の
温度の差が大きく、そのため蒸発工程は標本室内に大き
な温度の変動を生じ、これが続いて標本温度の大きなか
つ常軌を逸した変動を生じるものとなる。
【００２２】ＤＭＡは室温よりも低い温度で作動される
ことが多いため、標本室内の大気中の水分の凝縮が生じ
る。大概の場合は、標本の領域は乾燥ガスにより清浄さ
れこの水分が標本を汚染するのを防止する。現在のＤＭ
Ａは繊維からなる熱絶縁体を用い標本領域の低温又は高
温を維持するようにしている。これは非常に効果的な熱
絶縁体であるが、また大気の凝縮から水分を非常に容易
に吸収する。標本室が冷却された時は、この水分は凍結
し、絶縁の効力を減少させる氷を形成する。後述のよう
に、ＤＭＡが加熱された時、この氷は解けそして標本室
に滴下し標本を汚染する。
ことが多いため、標本室内の大気中の水分の凝縮が生じ
る。大概の場合は、標本の領域は乾燥ガスにより清浄さ
れこの水分が標本を汚染するのを防止する。現在のＤＭ
Ａは繊維からなる熱絶縁体を用い標本領域の低温又は高
温を維持するようにしている。これは非常に効果的な熱
絶縁体であるが、また大気の凝縮から水分を非常に容易
に吸収する。標本室が冷却された時は、この水分は凍結
し、絶縁の効力を減少させる氷を形成する。後述のよう
に、ＤＭＡが加熱された時、この氷は解けそして標本室
に滴下し標本を汚染する。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題と課題を解決するための
手段】本発明は動力機械的分析装置又は熱機械的分析装
置のいずれかに用いることのできる機械的分析装置であ
る。この機械的分析装置は永久磁石と可動コイルとを具
備するリニアモーターを用いる。このリニアモーターは
箱状フレーム内部の２組の空気軸受によって案内される
摺動子を駆動する。標本の少なくとも１つの部分が摺動
子に堅く取付けられた可動標本取付け具上に締めつけ固
定され、標本の少なくとも１つの他の部分が固定フレー
ムに堅く取付けられる。標本取付け具が標本領域の内部
に配置される。標本領域は以下に記載される加熱及び冷
却組立体により囲まれている。
手段】本発明は動力機械的分析装置又は熱機械的分析装
置のいずれかに用いることのできる機械的分析装置であ
る。この機械的分析装置は永久磁石と可動コイルとを具
備するリニアモーターを用いる。このリニアモーターは
箱状フレーム内部の２組の空気軸受によって案内される
摺動子を駆動する。標本の少なくとも１つの部分が摺動
子に堅く取付けられた可動標本取付け具上に締めつけ固
定され、標本の少なくとも１つの他の部分が固定フレー
ムに堅く取付けられる。標本取付け具が標本領域の内部
に配置される。標本領域は以下に記載される加熱及び冷
却組立体により囲まれている。
【００２４】本明細書の発明の概要部分と発明の詳細な
説明の部分と特許請求の範囲とに用いられているような
空気軸受は軸受の中のガスとして空気を用いる軸受には
限定されない。当該技術において公知のように、窒素を
含む他のガスも空気軸受に用いることができる。したが
って、“空気軸受”なる用語は、空気、窒素又は任意の
他のガスのような気体を用い表面に対する支持体を提供
するいかなる型の軸受をも意味するものである。
説明の部分と特許請求の範囲とに用いられているような
空気軸受は軸受の中のガスとして空気を用いる軸受には
限定されない。当該技術において公知のように、窒素を
含む他のガスも空気軸受に用いることができる。したが
って、“空気軸受”なる用語は、空気、窒素又は任意の
他のガスのような気体を用い表面に対する支持体を提供
するいかなる型の軸受をも意味するものである。
【００２５】スライドに取付けられた回折格子と光源と
フレームに取付けられた光検知装置とを具備する光学位
置トランスジューサがスライドの位置を測定するのに用
いられる。光源から発せられた光線は回折格子により反
射される。この反射された光線は光検知器に焦点が集め
られ、２つの直角位相出力信号を発する。この２つの直
角位相出力信号はアナログ−デジタル変換器によって８
ビットのデジタル信号に変換される。これらの２つの８
ビットのデジタル信号はついでルックアップ（索引）Ｅ
ＰＲＯＭに供給され、ここでこれら信号が次のデジタル
信号処理のため１０ビットの角度と６ビットの大きさの
デジタル信号に変換される。
フレームに取付けられた光検知装置とを具備する光学位
置トランスジューサがスライドの位置を測定するのに用
いられる。光源から発せられた光線は回折格子により反
射される。この反射された光線は光検知器に焦点が集め
られ、２つの直角位相出力信号を発する。この２つの直
角位相出力信号はアナログ−デジタル変換器によって８
ビットのデジタル信号に変換される。これらの２つの８
ビットのデジタル信号はついでルックアップ（索引）Ｅ
ＰＲＯＭに供給され、ここでこれら信号が次のデジタル
信号処理のため１０ビットの角度と６ビットの大きさの
デジタル信号に変換される。
【００２６】デジタル信号処理装置が１０ビットデジタ
ル信号を用いて、スライドの位置を読取る。１組の１０
個の逐次数値が１０個の値を合計することにより処理さ
れ、駆動信号の正弦値と余弦値とを監視しついでこの正
弦と余弦を配置し、そして合計を２ポートＲＡＭのため
の円形待ち行列の中に位置させる。
ル信号を用いて、スライドの位置を読取る。１組の１０
個の逐次数値が１０個の値を合計することにより処理さ
れ、駆動信号の正弦値と余弦値とを監視しついでこの正
弦と余弦を配置し、そして合計を２ポートＲＡＭのため
の円形待ち行列の中に位置させる。
【００２７】マイクロプロセッサーがこれらの値を２ポ
ートＲＡＭ待ち行列から読取りこの値を用い各秒ごとに
データポイントを２回計算する。計算されたデータは平
均位置とこの位置の単一点フーリエ変換とを含んでい
る。このフーリエ変換の結果は標本振動の大きさと駆動
信号に対する位相とである。
ートＲＡＭ待ち行列から読取りこの値を用い各秒ごとに
データポイントを２回計算する。計算されたデータは平
均位置とこの位置の単一点フーリエ変換とを含んでい
る。このフーリエ変換の結果は標本振動の大きさと駆動
信号に対する位相とである。
【００２８】フーリエ変換はまた位置の読取りを処理し
標本振動の大きさと位相を計算する。この処理は少し複
雑となるがその理由は結果を合計する前に各１０個所平
均に正弦と余弦を乗じそして大きさの２乗の合計の平方
根と位相の比率のアークタンジェントとを見出す。
標本振動の大きさと位相を計算する。この処理は少し複
雑となるがその理由は結果を合計する前に各１０個所平
均に正弦と余弦を乗じそして大きさの２乗の合計の平方
根と位相の比率のアークタンジェントとを見出す。
【００２９】標本の振動の測定した振幅と標本に加えら
れた駆動力に対するこの振動の位相とは標本に加えられ
た振動駆動力と共に、標本の記憶モジュラスと損失モジ
ュラスとを計算するのに用いられる。
れた駆動力に対するこの振動の位相とは標本に加えられ
た振動駆動力と共に、標本の記憶モジュラスと損失モジ
ュラスとを計算するのに用いられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】本発明はその単一の特に好適な実
施態様によって詳細に記載されている。しかし、当業者
であればここに記載された実施態様の変更又は変形を用
いて本発明を容易に実施することができるであろう。
施態様によって詳細に記載されている。しかし、当業者
であればここに記載された実施態様の変更又は変形を用
いて本発明を容易に実施することができるであろう。
【００３１】全体の記載 図１はスライド８を案内する空気軸受３を支持するフレ
ーム１を示す本発明の全体図である。回折格子９から反
射された光信号を読取る光学トランスジューサ１０がフ
レーム１に取付けられている。モーター組立体１１がフ
レーム１に取付けられた永久磁石組立体１２とスライド
８の底に取付けられた可動コイル組立体１３とを含んで
いる。駆動ロッド１４がスライド８を標本取付け具１５
の可動部分に連結する。標本取付け具の非可動部分は支
柱１６によって支持されている。
ーム１を示す本発明の全体図である。回折格子９から反
射された光信号を読取る光学トランスジューサ１０がフ
レーム１に取付けられている。モーター組立体１１がフ
レーム１に取付けられた永久磁石組立体１２とスライド
８の底に取付けられた可動コイル組立体１３とを含んで
いる。駆動ロッド１４がスライド８を標本取付け具１５
の可動部分に連結する。標本取付け具の非可動部分は支
柱１６によって支持されている。
【００３２】図２は駆動組立体の中心面を通る垂直断面
図である。箱形のフレーム構造１は８つの位置に取付け
られた４個の上方調節ねじと４個の下方調節ねじからな
る８個の調節ねじ２を有する。４個の上方調節ねじの各
々は共通の上方水平面上にその中心線を有し、４個の下
方調節ねじの各々は共通の水平面上にその中心線を有て
いる。箱状フレーム１の各側に１つの上方水平ねじと１
つの下方水平ねじがある。これら４個の上方調節ねじは
４個の上方平面空気軸受３ｕを支持し４個の下方調節ね
じは４個の下方平面空気軸受３ｌを支持する。
図である。箱形のフレーム構造１は８つの位置に取付け
られた４個の上方調節ねじと４個の下方調節ねじからな
る８個の調節ねじ２を有する。４個の上方調節ねじの各
々は共通の上方水平面上にその中心線を有し、４個の下
方調節ねじの各々は共通の水平面上にその中心線を有て
いる。箱状フレーム１の各側に１つの上方水平ねじと１
つの下方水平ねじがある。これら４個の上方調節ねじは
４個の上方平面空気軸受３ｕを支持し４個の下方調節ね
じは４個の下方平面空気軸受３ｌを支持する。
【００３３】各調節ねじ２の端部は球面であり、そして
対応の空気軸受の対応する円錐形空洞５に係合する。球
面の端部４と円錐形の空洞５は空気軸受３ｕと３ｌとが
調節ねじ２の端部の周りに回動できるようにし、これら
軸受自体がスライド８の表面に対し整列できるようにす
る。空気軸受３ｕと３ｌは調節ねじ２の各々に近接して
フレームに取付けられた位置決めピン６によって調節ね
じ２の軸線の周りに回転するのが阻止される。各位置決
めピンは対応空気軸受３の対応孔７に係合する。この孔
はピン６より大きくそれによりピン６がスライド８の表
面に対する軸受の整列を制限しないようにする。
対応の空気軸受の対応する円錐形空洞５に係合する。球
面の端部４と円錐形の空洞５は空気軸受３ｕと３ｌとが
調節ねじ２の端部の周りに回動できるようにし、これら
軸受自体がスライド８の表面に対し整列できるようにす
る。空気軸受３ｕと３ｌは調節ねじ２の各々に近接して
フレームに取付けられた位置決めピン６によって調節ね
じ２の軸線の周りに回転するのが阻止される。各位置決
めピンは対応空気軸受３の対応孔７に係合する。この孔
はピン６より大きくそれによりピン６がスライド８の表
面に対する軸受の整列を制限しないようにする。
【００３４】空気軸受３はスライド８を取巻きまた案内
する。スライド８もまた箱形であり、駆動方向に直角の
正方形断面を有している。空気軸受３は、１つの上方空
気軸受３ｕと１つの下方空気軸受３ｌとが４つの平面の
各々に接触するようにして、スライド８をその４つの側
面の４つの平面上で案内する。８つの空気軸受３はスラ
イドを拘束するよう配置されそれによりスライドがその
長手方向軸線に沿って僅か１度の自由度を有するように
している。したがって、空気軸受は比較的長い、例えば
２５mmの行程にわたってスライド８に非常に低い摩擦の
案内をもたらす。
する。スライド８もまた箱形であり、駆動方向に直角の
正方形断面を有している。空気軸受３は、１つの上方空
気軸受３ｕと１つの下方空気軸受３ｌとが４つの平面の
各々に接触するようにして、スライド８をその４つの側
面の４つの平面上で案内する。８つの空気軸受３はスラ
イドを拘束するよう配置されそれによりスライドがその
長手方向軸線に沿って僅か１度の自由度を有するように
している。したがって、空気軸受は比較的長い、例えば
２５mmの行程にわたってスライド８に非常に低い摩擦の
案内をもたらす。
【００３５】本発明は２組の４個の空気軸受を用い箱形
のスライドを案内する実施態様により記載されている。
しかし、他の型の空気軸受とスライドもまた用いること
ができる。例えば２つの円形空気軸受又は単一の円筒状
空気軸受を円筒形のスライドと関連して用いることがで
き、又は２組の６個の空気軸受を六角形のスライドと関
連して用いることができる。円筒形のスライドが用いら
れたならば、このスライドは溝とキーの機構を用いスラ
イドが軸受内部で回転しないようにしなければならな
い。楕円形の空気軸受を楕円形のスライドと関連して用
いることもできる。
のスライドを案内する実施態様により記載されている。
しかし、他の型の空気軸受とスライドもまた用いること
ができる。例えば２つの円形空気軸受又は単一の円筒状
空気軸受を円筒形のスライドと関連して用いることがで
き、又は２組の６個の空気軸受を六角形のスライドと関
連して用いることができる。円筒形のスライドが用いら
れたならば、このスライドは溝とキーの機構を用いスラ
イドが軸受内部で回転しないようにしなければならな
い。楕円形の空気軸受を楕円形のスライドと関連して用
いることもできる。
【００３６】高度に精密できっちりと間隔をおいて配さ
れたけい線を有する回折格子９がスライドに取付けられ
それによりスライドと共に動くようにする。光エンコー
ダ、例えばヘイデンハイン会社，シャウンバーグ，イリ
ノイによって分配されるヘイデンハインモデル番号ＬＩ
Ｆ１０１エンコーダがフレームに取付けられる（以下に
述べられる図１３を参照）。
れたけい線を有する回折格子９がスライドに取付けられ
それによりスライドと共に動くようにする。光エンコー
ダ、例えばヘイデンハイン会社，シャウンバーグ，イリ
ノイによって分配されるヘイデンハインモデル番号ＬＩ
Ｆ１０１エンコーダがフレームに取付けられる（以下に
述べられる図１３を参照）。
【００３７】光検知装置に入射する光線の強さはスライ
ドと共に動くにつれて回折格子により調整される。光検
知装置の出力はしたがって一連のパルスからなってい
る。スライド８が動くときのパルスの数の計数はスライ
ドが動いた距離を提供する。したがって光エンコーダ１
０は、光線が回折格子９から反射したときに発生される
パルスを数えることにより、スライド８が１つの位置か
ら他の位置へと移動するにしたがって、スライド８の位
置の変化を測定する相対位置検知装置である。光エンコ
ーダを支持する電子装置はパルスカウントのトラックを
維持し絶対位置測定を得るようにする。
ドと共に動くにつれて回折格子により調整される。光検
知装置の出力はしたがって一連のパルスからなってい
る。スライド８が動くときのパルスの数の計数はスライ
ドが動いた距離を提供する。したがって光エンコーダ１
０は、光線が回折格子９から反射したときに発生される
パルスを数えることにより、スライド８が１つの位置か
ら他の位置へと移動するにしたがって、スライド８の位
置の変化を測定する相対位置検知装置である。光エンコ
ーダを支持する電子装置はパルスカウントのトラックを
維持し絶対位置測定を得るようにする。
【００３８】リニアモーター１１は主として永久磁石１
２と可動コイル組立体１３とからなっている。可動コイ
ル組立体１３はスライド８の底端部に堅く取付けられ、
また永久磁石１２はフレーム１に取付けられる。可動コ
イル組立体１３に加えられた直流は可動コイル組立体１
３がスライド８に電流と比例し電流の両極性に一致する
方向の力を加えるようにする。
２と可動コイル組立体１３とからなっている。可動コイ
ル組立体１３はスライド８の底端部に堅く取付けられ、
また永久磁石１２はフレーム１に取付けられる。可動コ
イル組立体１３に加えられた直流は可動コイル組立体１
３がスライド８に電流と比例し電流の両極性に一致する
方向の力を加えるようにする。
【００３９】駆動ロッド１４はその底端部がスライド８
の頂端に、その頂端部が標本取付け具１５の可動部分に
取付けられている。標本取付け具の非可動部分は駆動ロ
ッド１４を取巻く４つの支持支柱１６に取付けられる。
これらの支柱はまたフレーム１の頂部に取付けられた熱
補償プレート１９（以下に記載される）に連結される。
標本は取付け具の可動部分と非可動部分との間に取付け
られる。
の頂端に、その頂端部が標本取付け具１５の可動部分に
取付けられている。標本取付け具の非可動部分は駆動ロ
ッド１４を取巻く４つの支持支柱１６に取付けられる。
これらの支柱はまたフレーム１の頂部に取付けられた熱
補償プレート１９（以下に記載される）に連結される。
標本は取付け具の可動部分と非可動部分との間に取付け
られる。
【００４０】駆動ロッド１４、標本取付け具１５及び固
定締結具組立体の支持構造（例えば図１と２の支持支柱
１６）は好ましくはＤＭＡについてはステンレス鋼で、
ＴＭＡについては石英で作られる。
定締結具組立体の支持構造（例えば図１と２の支持支柱
１６）は好ましくはＤＭＡについてはステンレス鋼で、
ＴＭＡについては石英で作られる。
【００４１】作動に当たり、直流が可動コイル組立体１
３の巻線を通って流れると、可動コイル１３は力をスラ
イド８に加える。この力は駆動ロッド１４を介して標本
に伝達され標本取付け具１５の可動部分を介して標本に
伝達される。標本は可動締結具の運動によって変形され
それによる変位が光エンコーダ１０によって測定され
る。
３の巻線を通って流れると、可動コイル１３は力をスラ
イド８に加える。この力は駆動ロッド１４を介して標本
に伝達され標本取付け具１５の可動部分を介して標本に
伝達される。標本は可動締結具の運動によって変形され
それによる変位が光エンコーダ１０によって測定され
る。
【００４２】温度補償 駆動組立体の構成要素の異なる熱膨張によって生じる誤
差を最小とするため、駆動フレームが周囲の温度より高
い温度に加熱されそして温度調整装置によってこの温度
に維持される。この温度増加は比較的大きく、そのため
駆動フレームの温度は測定器内部に発生した熱にもかか
わらず調整することができ又は周囲の温度の増加により
調整できるようになる。抵抗加熱要素１７が頂端の近く
の駆動フレームの一部に取付けられまたこの部分を取巻
きまた第２の同一の加熱要素１８が底端の近くの駆動フ
レームの一部に取付けられこの部分を取巻く。フレーム
に取付けられた温度センサーがフレーム温度を電力制御
器に供給し、電力制御器は加熱器１７と１８への加熱電
流を調整し一定のフレーム温度を維持するようにしてい
る。駆動フレームの頂端において、熱補償プレート１９
がフレームに取付けられフレームの頂端を閉鎖する。熱
補償プレート１９は、フレームとフレーム内部の測定器
構成要素とが閉じられた絶縁装置でありそれによりスラ
イドと空気軸受がフレームと同じ温度に保たれるように
なるのを保証する、厚く高い熱伝導性金属プレートであ
る。
差を最小とするため、駆動フレームが周囲の温度より高
い温度に加熱されそして温度調整装置によってこの温度
に維持される。この温度増加は比較的大きく、そのため
駆動フレームの温度は測定器内部に発生した熱にもかか
わらず調整することができ又は周囲の温度の増加により
調整できるようになる。抵抗加熱要素１７が頂端の近く
の駆動フレームの一部に取付けられまたこの部分を取巻
きまた第２の同一の加熱要素１８が底端の近くの駆動フ
レームの一部に取付けられこの部分を取巻く。フレーム
に取付けられた温度センサーがフレーム温度を電力制御
器に供給し、電力制御器は加熱器１７と１８への加熱電
流を調整し一定のフレーム温度を維持するようにしてい
る。駆動フレームの頂端において、熱補償プレート１９
がフレームに取付けられフレームの頂端を閉鎖する。熱
補償プレート１９は、フレームとフレーム内部の測定器
構成要素とが閉じられた絶縁装置でありそれによりスラ
イドと空気軸受がフレームと同じ温度に保たれるように
なるのを保証する、厚く高い熱伝導性金属プレートであ
る。
【００４３】振動絶縁 駆動装置支持体の動的運動と測定器の取付け表面への振
動が変位測定に影響を与えないようにするため、フレー
ム組立体はエラストマーの振動絶縁取付け台２０に取付
けられている。駆動組立体が取付けられるキャビネット
又は測定器が置かれる作業台による支持体共振の周波数
は典型的には１００Hzより高いことがわかっている。し
たがって、絶縁体の特性はこの絶縁体上の駆動装置組立
体の自然周波数が１００Hzより低く駆動装置組立体がキ
ャビネットと作業台から効果的に絶縁できるように選択
されている。しかし、絶縁体上の駆動装置組立体はフレ
ーム組立体を駆動力の作用のもとに動かすことにより変
位測定に影響を及ぼす。絶縁装置の動きは非常に再現可
能性があるため、これは測定器の較正によって補償する
ことができる。
動が変位測定に影響を与えないようにするため、フレー
ム組立体はエラストマーの振動絶縁取付け台２０に取付
けられている。駆動組立体が取付けられるキャビネット
又は測定器が置かれる作業台による支持体共振の周波数
は典型的には１００Hzより高いことがわかっている。し
たがって、絶縁体の特性はこの絶縁体上の駆動装置組立
体の自然周波数が１００Hzより低く駆動装置組立体がキ
ャビネットと作業台から効果的に絶縁できるように選択
されている。しかし、絶縁体上の駆動装置組立体はフレ
ーム組立体を駆動力の作用のもとに動かすことにより変
位測定に影響を及ぼす。絶縁装置の動きは非常に再現可
能性があるため、これは測定器の較正によって補償する
ことができる。
【００４４】空気軸受支持体 図３は調節ねじの平面に沿った駆動装置組立体の水平断
面図である。調節ねじ２はそれぞれがフレームの４つの
側面をそれぞれ貫通してフレーム１に取付けられる。各
調節ねじ２は空気軸受３を支持しかつ位置決めする。位
置決めピン６が調節ねじの各々に近接してフレームに取
付けられ空気軸受が調節ねじの軸線周りに回転するのを
阻止する。空気軸受３はスライド８がその長手方向軸線
に沿ってのみ動くことができるようにする。
面図である。調節ねじ２はそれぞれがフレームの４つの
側面をそれぞれ貫通してフレーム１に取付けられる。各
調節ねじ２は空気軸受３を支持しかつ位置決めする。位
置決めピン６が調節ねじの各々に近接してフレームに取
付けられ空気軸受が調節ねじの軸線周りに回転するのを
阻止する。空気軸受３はスライド８がその長手方向軸線
に沿ってのみ動くことができるようにする。
【００４５】加熱及び冷却組立体 図４は標本室の中心線を通る垂直断面図である。標本領
域２１が８個のセラミック絶縁体のロッド２４の周りに
らせん状に巻かれた抵抗加熱要素２３からなる加熱組立
体２２によって取巻かれている。これら絶縁ロッドはそ
の各端部がリング２５に連結され、それにより篭状の加
熱組立体を形成する。加熱要素２３を通って流れる電流
はジュール熱により熱を発生する。この熱は輻射と伝導
と対流とによって標本領域に伝達される。
域２１が８個のセラミック絶縁体のロッド２４の周りに
らせん状に巻かれた抵抗加熱要素２３からなる加熱組立
体２２によって取巻かれている。これら絶縁ロッドはそ
の各端部がリング２５に連結され、それにより篭状の加
熱組立体を形成する。加熱要素２３を通って流れる電流
はジュール熱により熱を発生する。この熱は輻射と伝導
と対流とによって標本領域に伝達される。
【００４６】加熱組立体２２は冷却ジャケット２６によ
って取巻かれている。冷却ジャケット２６は内側シリン
ダー２７と外側シリンダー２８からなり、内側シリンダ
ーと外側シリンダーはその末端が連結され環状空洞を形
成するようにしている。この環状空洞は仕切板３１によ
って上室２９と下室３０とに分割される。仕切板３１は
中央の周面周りに均一に分配された一連の孔により孔が
あけられている。冷却ガスが連結具３４により供給され
るガス供給チューブ３３を通って下室３０に供給され
る。ガスは下室から上室へと仕切板の孔を通って流れ
る。冷却ガスは冷却ジャケット２６の上室２９内を上方
に向って流れ、標本室を冷却する。冷却ガスの少量が冷
却ジャケットの内壁を通る一連の小さな（０．０３５平
方インチから０．０６０平方インチ、好ましくは０．０
４３平方インチ−０．２３cm2 から０．３９cm2 好まし
くは０．２８cm2 ）孔３５を通って標本室に放出され
る。この冷却ガスの少量は標本の周囲が適当に冷却され
温度を均一にするのを保証するが、薄い標本上に抵抗力
を負わさないようにするには小さい。冷却ガスの残りの
部分は冷却ジャケットの上室を通って上昇し続け外側シ
リンダー２８の外壁の周りに等間隔で配された一連の大
きな孔３６を通って冷却ジャケットから出る。
って取巻かれている。冷却ジャケット２６は内側シリン
ダー２７と外側シリンダー２８からなり、内側シリンダ
ーと外側シリンダーはその末端が連結され環状空洞を形
成するようにしている。この環状空洞は仕切板３１によ
って上室２９と下室３０とに分割される。仕切板３１は
中央の周面周りに均一に分配された一連の孔により孔が
あけられている。冷却ガスが連結具３４により供給され
るガス供給チューブ３３を通って下室３０に供給され
る。ガスは下室から上室へと仕切板の孔を通って流れ
る。冷却ガスは冷却ジャケット２６の上室２９内を上方
に向って流れ、標本室を冷却する。冷却ガスの少量が冷
却ジャケットの内壁を通る一連の小さな（０．０３５平
方インチから０．０６０平方インチ、好ましくは０．０
４３平方インチ−０．２３cm2 から０．３９cm2 好まし
くは０．２８cm2 ）孔３５を通って標本室に放出され
る。この冷却ガスの少量は標本の周囲が適当に冷却され
温度を均一にするのを保証するが、薄い標本上に抵抗力
を負わさないようにするには小さい。冷却ガスの残りの
部分は冷却ジャケットの上室を通って上昇し続け外側シ
リンダー２８の外壁の周りに等間隔で配された一連の大
きな孔３６を通って冷却ジャケットから出る。
【００４７】冷却ジャケット２６は薄いステンレス鋼の
シート３７のコイルによって絶縁されている。このステ
ンレス鋼シートの厚さは好ましくは０．００２インチ
（０．０５１mm）の厚さであるが、０．００１インチ
（０．０２５４mm）から０．００５インチ（０．１２７
mm）の範囲とすることができる。ステンレス鋼シート３
７は冷却ジャケット２６の周りにらせん状に巻かれる。
ある用途ではステンレス鋼とは異なる材料を用いること
ができる。この材料は可撓性でなければならず、またさ
もなければ意図された温度範囲に適合したものでなけれ
ばならない。例えば、測定器が比較的高い温度で用いる
ことが意図されない場合は、このシートはアルミニウム
のシートとすることができる。測定器が低い温度の作用
のためにのみ意図されたならば、金属化マイラーを用い
ることができる。シート３７、例えば５インチ（１２．
７cm）の高さ、１０フィート（３．０５ｍ）の長さのシ
ートは、打込みによりステンレス鋼シートに形成され
た、平方インチ（６．４５cm2 ）当り約０．５から平方
インチ（６．４５cm2 ）当り２、好ましくは平方インチ
（６．４５cm2 ）当り１の密度の、小さな突起（０．０
２インチから０．１２５インチ、好ましくは０．０３５
インチ−０．５１mmから３．１８mm、好ましくは０．８
９mm）によって分離された１５の層を形成する。本発明
の１つの実施態様においては、これらの突起は垂直方向
の真直ぐの線に沿って付与されるが、突起の連続する線
の間の距離は好ましくは不ぞろいであり、それにより一
組の突起が隣接シート上の突起により形成された凹みの
中に嵌まるのが、絶縁された場合を除き生じないように
する。
シート３７のコイルによって絶縁されている。このステ
ンレス鋼シートの厚さは好ましくは０．００２インチ
（０．０５１mm）の厚さであるが、０．００１インチ
（０．０２５４mm）から０．００５インチ（０．１２７
mm）の範囲とすることができる。ステンレス鋼シート３
７は冷却ジャケット２６の周りにらせん状に巻かれる。
ある用途ではステンレス鋼とは異なる材料を用いること
ができる。この材料は可撓性でなければならず、またさ
もなければ意図された温度範囲に適合したものでなけれ
ばならない。例えば、測定器が比較的高い温度で用いる
ことが意図されない場合は、このシートはアルミニウム
のシートとすることができる。測定器が低い温度の作用
のためにのみ意図されたならば、金属化マイラーを用い
ることができる。シート３７、例えば５インチ（１２．
７cm）の高さ、１０フィート（３．０５ｍ）の長さのシ
ートは、打込みによりステンレス鋼シートに形成され
た、平方インチ（６．４５cm2 ）当り約０．５から平方
インチ（６．４５cm2 ）当り２、好ましくは平方インチ
（６．４５cm2 ）当り１の密度の、小さな突起（０．０
２インチから０．１２５インチ、好ましくは０．０３５
インチ−０．５１mmから３．１８mm、好ましくは０．８
９mm）によって分離された１５の層を形成する。本発明
の１つの実施態様においては、これらの突起は垂直方向
の真直ぐの線に沿って付与されるが、突起の連続する線
の間の距離は好ましくは不ぞろいであり、それにより一
組の突起が隣接シート上の突起により形成された凹みの
中に嵌まるのが、絶縁された場合を除き生じないように
する。
【００４８】ステンレス鋼シート３７は、輻射による熱
交換を阻止することと層の間のガス空間における対流を
なくすこととにより冷却ジャケット２６を絶縁する。こ
れは熱がガスを介して伝導により伝達するのを制限す
る。ガスは熱伝導性が非常に小さいため、周囲から冷却
ジャケットへの熱の伝達は低い。層の間の間隔は対流が
層の間の空間の中に生じないように十分小さくしなけれ
ばならない。この間隔が大きすぎたならば、熱の対流が
生じそしてガスを介する熱の伝達の速さは劇的に１０倍
又はそれ以上に増大する。空間が小さすぎたならば、多
くのステンレス鋼シートを用いなければならない。
交換を阻止することと層の間のガス空間における対流を
なくすこととにより冷却ジャケット２６を絶縁する。こ
れは熱がガスを介して伝導により伝達するのを制限す
る。ガスは熱伝導性が非常に小さいため、周囲から冷却
ジャケットへの熱の伝達は低い。層の間の間隔は対流が
層の間の空間の中に生じないように十分小さくしなけれ
ばならない。この間隔が大きすぎたならば、熱の対流が
生じそしてガスを介する熱の伝達の速さは劇的に１０倍
又はそれ以上に増大する。空間が小さすぎたならば、多
くのステンレス鋼シートを用いなければならない。
【００４９】層の間の間隔は層の数が増したならば増大
することができ、これは改良された絶縁をもたらす。し
かしこれはまた大きな質量の装置となりまたそのため熱
的な応動性が低下する。したがって温度変化が行われる
速度は減少される。
することができ、これは改良された絶縁をもたらす。し
かしこれはまた大きな質量の装置となりまたそのため熱
的な応動性が低下する。したがって温度変化が行われる
速度は減少される。
【００５０】標本容器の両端は同様に絶縁される。薄い
（０．００５から０．０１５インチの厚さ−０．１２７
から０．３８１mm）ステンレス鋼の円板が積層されて多
層金属絶縁装置を形成する。頂端において、より小さな
直径の円板３８は巻かれたシートによって形成された絶
縁体の内部に嵌まり、一方大きな直径の円板３９が巻か
れたシートの縁を覆う。この重なる交差は熱遮蔽装置の
最も熱い層の縁を通る過剰の熱損失をなくする。容器の
底部では、小さな直径の円板４０が巻かれた熱遮蔽部の
内側に嵌まり、より大きな直径の円板４１がステンレス
鋼シート３７の縁を覆う。円板の厚さはその機械的特性
により決められる。この円板は測定器が作用している間
振動しないように十分に堅くなければならない。しか
し、より厚い円板はより大きな質量となり、測定器の応
動性を減少させる。
（０．００５から０．０１５インチの厚さ−０．１２７
から０．３８１mm）ステンレス鋼の円板が積層されて多
層金属絶縁装置を形成する。頂端において、より小さな
直径の円板３８は巻かれたシートによって形成された絶
縁体の内部に嵌まり、一方大きな直径の円板３９が巻か
れたシートの縁を覆う。この重なる交差は熱遮蔽装置の
最も熱い層の縁を通る過剰の熱損失をなくする。容器の
底部では、小さな直径の円板４０が巻かれた熱遮蔽部の
内側に嵌まり、より大きな直径の円板４１がステンレス
鋼シート３７の縁を覆う。円板の厚さはその機械的特性
により決められる。この円板は測定器が作用している間
振動しないように十分に堅くなければならない。しか
し、より厚い円板はより大きな質量となり、測定器の応
動性を減少させる。
【００５１】この全組立体は外側ジャケット４２により
包囲される。標本領域に導入される冷却ガスは上方熱遮
蔽体の排気筒を貫通する開口４３を通って流出しそして
排気筒４４を通って出る。冷却ジャケットの頂部を出る
冷却ガスは小さな直径の上方熱遮蔽体の間を内側に向っ
て排気筒へと流れそして囲いの外に出る。排出された冷
却ガスの再循環と周囲からの空気の浸入とを阻止するた
め大きな直径の上方遮蔽体の１つ（他の上方遮蔽体より
大きな直径を有する）が他の外側ジャケットに対しシー
ルされている。
包囲される。標本領域に導入される冷却ガスは上方熱遮
蔽体の排気筒を貫通する開口４３を通って流出しそして
排気筒４４を通って出る。冷却ジャケットの頂部を出る
冷却ガスは小さな直径の上方熱遮蔽体の間を内側に向っ
て排気筒へと流れそして囲いの外に出る。排出された冷
却ガスの再循環と周囲からの空気の浸入とを阻止するた
め大きな直径の上方遮蔽体の１つ（他の上方遮蔽体より
大きな直径を有する）が他の外側ジャケットに対しシー
ルされている。
【００５２】上記の金属の遮蔽絶縁装置は公知の繊維か
らなる絶縁装置と殆んど同じように効果的に熱損失をな
くする。金属の遮蔽装置と比べて大きな表面積を有しか
つ多孔性の繊維の絶縁装置とは異なり、金属の遮蔽装置
は多くの量の水分を吸収することがない。さらにまた、
水分が繊維の絶縁装置の中に吸収されると、この絶縁装
置を出るのに長い時間がかかる。残っている水分は標本
を汚染し又は水が標本室もしくは他の場所に滴り落ち、
あるいは氷が絶縁体もしくは他の場所に形成されること
がある。
らなる絶縁装置と殆んど同じように効果的に熱損失をな
くする。金属の遮蔽装置と比べて大きな表面積を有しか
つ多孔性の繊維の絶縁装置とは異なり、金属の遮蔽装置
は多くの量の水分を吸収することがない。さらにまた、
水分が繊維の絶縁装置の中に吸収されると、この絶縁装
置を出るのに長い時間がかかる。残っている水分は標本
を汚染し又は水が標本室もしくは他の場所に滴り落ち、
あるいは氷が絶縁体もしくは他の場所に形成されること
がある。
【００５３】図５は標本室を通る水平断面図である。標
本領域２１は８つのセラミック絶縁体ロッド２４の周り
にらせん状に巻かれた抵抗加熱要素２３を含む加熱組立
体２２によって取巻かれている。この加熱組立体は内壁
２７と外壁２８を有する冷却ジャケット２６によって取
巻かれている。下室から上室へと流れるガスは一連の小
さな孔３２を通過する。仕切板を貫通する孔の総面積は
下室の全横断面積より非常に小さく、好ましくは全面積
の１０％より小さい。これはこれらの孔を通しての圧力
降下を生じそれにより上室の圧力が下室の圧力よりも非
常に低くなる。これはガスが上室の中へと冷却ジャケッ
トの中心線の周りに均一に分布するようにして流入する
のを保証する。巻かれた薄いステンレス鋼の熱遮蔽体３
７は冷却ジャケットを取巻く。この熱遮蔽体は外側ジャ
ケット４２の内部に収容されている。
本領域２１は８つのセラミック絶縁体ロッド２４の周り
にらせん状に巻かれた抵抗加熱要素２３を含む加熱組立
体２２によって取巻かれている。この加熱組立体は内壁
２７と外壁２８を有する冷却ジャケット２６によって取
巻かれている。下室から上室へと流れるガスは一連の小
さな孔３２を通過する。仕切板を貫通する孔の総面積は
下室の全横断面積より非常に小さく、好ましくは全面積
の１０％より小さい。これはこれらの孔を通しての圧力
降下を生じそれにより上室の圧力が下室の圧力よりも非
常に低くなる。これはガスが上室の中へと冷却ジャケッ
トの中心線の周りに均一に分布するようにして流入する
のを保証する。巻かれた薄いステンレス鋼の熱遮蔽体３
７は冷却ジャケットを取巻く。この熱遮蔽体は外側ジャ
ケット４２の内部に収容されている。
【００５４】リニアモーター組立体 図６はリニアモーター組立体の垂直断面図である。可動
コイル組立体１３はボビン４６とコイル又は巻線４７と
からなっている。巻線４７はボビン４６の周りに巻かれ
る。ボビン４６の頂部は空気軸受スライド８に堅く取付
けられる。巻線４７はボビン上に緊密に巻かれた例えば
２９−３０ゲージのワイヤの細いワイヤの例えば２５０
から２８０巻きの多数の巻き部からなっている。モータ
ーが出力を出す力は電流と巻き数との積に比例し、また
磁石により空気の間隙に形成された磁界の強さに依存す
る。
コイル組立体１３はボビン４６とコイル又は巻線４７と
からなっている。巻線４７はボビン４６の周りに巻かれ
る。ボビン４６の頂部は空気軸受スライド８に堅く取付
けられる。巻線４７はボビン上に緊密に巻かれた例えば
２９−３０ゲージのワイヤの細いワイヤの例えば２５０
から２８０巻きの多数の巻き部からなっている。モータ
ーが出力を出す力は電流と巻き数との積に比例し、また
磁石により空気の間隙に形成された磁界の強さに依存す
る。
【００５５】磁石組立体１２は磁石４８と芯体４９と空
気間隙５０とからなる。この型のモーターにおいては、
磁石はモーターの軸線に直角の方向に磁化される。芯体
は高い透磁率の材料であり、磁石の外側の極からの磁束
を芯体の中心部分の周りと中に導くことにより空気間隙
に磁束を集める作用をする。実際に、空気間隙を横切る
磁束線は軸線に直角とし最大の力が直線状となるのを保
証するようにすべきである。空気間隙の端近くで、磁束
線は理想的経路から分岐し磁界の縞を生じる。音声コイ
ル巻線が縞領域に入ったならば、力は急速に低下し過剰
の非直線性を生じる。軸線に平行な方向の空気間隙の長
さは巻線４７の長さと行程との合計よりも著しく長くな
るよう選択されそれにより巻線４７のどの部分も作動中
に縞領域に入らないようにする。
気間隙５０とからなる。この型のモーターにおいては、
磁石はモーターの軸線に直角の方向に磁化される。芯体
は高い透磁率の材料であり、磁石の外側の極からの磁束
を芯体の中心部分の周りと中に導くことにより空気間隙
に磁束を集める作用をする。実際に、空気間隙を横切る
磁束線は軸線に直角とし最大の力が直線状となるのを保
証するようにすべきである。空気間隙の端近くで、磁束
線は理想的経路から分岐し磁界の縞を生じる。音声コイ
ル巻線が縞領域に入ったならば、力は急速に低下し過剰
の非直線性を生じる。軸線に平行な方向の空気間隙の長
さは巻線４７の長さと行程との合計よりも著しく長くな
るよう選択されそれにより巻線４７のどの部分も作動中
に縞領域に入らないようにする。
【００５６】モーターの制御を向上させるためには、モ
ーターの力対変位（ほぼ真直ぐな線である）のプロット
に対し一定の傾斜を有するのが有利であることが知られ
ている。磁束密度は空気間隙が芯体によって閉じられる
空気間隙の底部で自然に大きくなる。空気間隙が磁石組
立体の開放端部で閉鎖端部よりも広くなるよう空気間隙
を僅かに傾斜させることは真直ぐの線の自然の傾斜を高
める。この傾斜は磁石表面上に傾斜をつくり出すことが
より困難であるため芯体の内側部分に形成される。
ーターの力対変位（ほぼ真直ぐな線である）のプロット
に対し一定の傾斜を有するのが有利であることが知られ
ている。磁束密度は空気間隙が芯体によって閉じられる
空気間隙の底部で自然に大きくなる。空気間隙が磁石組
立体の開放端部で閉鎖端部よりも広くなるよう空気間隙
を僅かに傾斜させることは真直ぐの線の自然の傾斜を高
める。この傾斜は磁石表面上に傾斜をつくり出すことが
より困難であるため芯体の内側部分に形成される。
【００５７】全ての永久磁石によってつくり出された磁
界の強さは磁石の温度が変化するにつれて変化する。磁
界の強さの変動は与えられるコイル電流にとってモータ
ーにより生じた力の変動を生じる。したがって磁石と鉄
の芯体の温度が一定に保たれるのを保証することが必須
となる。本発明においては温度の安定性は芯体の外側に
取付けられた薄いリボンの抵抗加熱要素５１を用いて磁
石組立体を加熱することにより達成される。芯体の温度
は周囲より高い温度に保たれ、それによりコイルにより
発生された熱が磁石組立体の温度を上昇させないように
する。芯体に取付けられた温度センサーが加熱器への電
力を制御し一定の磁石組立体の温度を保つ電力制御器に
磁石温度を与える。しかし、この制御装置は完全には一
定の磁石温度を保持しない。したがって、第２の温度セ
ンサーが芯体に取付けられる。この第２のセンサーから
の入力が用いられ残留温度偏差に基づいてモーターへの
電力を調節する。
界の強さは磁石の温度が変化するにつれて変化する。磁
界の強さの変動は与えられるコイル電流にとってモータ
ーにより生じた力の変動を生じる。したがって磁石と鉄
の芯体の温度が一定に保たれるのを保証することが必須
となる。本発明においては温度の安定性は芯体の外側に
取付けられた薄いリボンの抵抗加熱要素５１を用いて磁
石組立体を加熱することにより達成される。芯体の温度
は周囲より高い温度に保たれ、それによりコイルにより
発生された熱が磁石組立体の温度を上昇させないように
する。芯体に取付けられた温度センサーが加熱器への電
力を制御し一定の磁石組立体の温度を保つ電力制御器に
磁石温度を与える。しかし、この制御装置は完全には一
定の磁石温度を保持しない。したがって、第２の温度セ
ンサーが芯体に取付けられる。この第２のセンサーから
の入力が用いられ残留温度偏差に基づいてモーターへの
電力を調節する。
【００５８】図７は電流をコイルに供給するリード線の
構造の垂直断面図である。０．００１５インチ（０．０
３８mm）の厚さで０．０４０インチ（１．０２mm）の幅
の一対の扁平なワイヤ５２が並んで配置される。図７の
断面図は扁平なワイヤの一方の細い端部だけを示す。第
２のワイヤはこの図の平面の後側にあり、図７では見え
ない。各ワイヤの可動端部はスライド８に取付けられた
熱ブロック５３に取付けられ、コイルリード線の延長部
（図示しない）が熱ブロックに接続されている。ワイヤ
の静止端部は駆動装置フレーム組立体に取付けられたワ
イヤ案内プレート５５に取付けられた第２の端末ブロッ
ク５４に接続される。スライドが上下に動くにつれて、
リードワイヤはスライドとワイヤ案内とに接触しまた離
れるよう転動して動きそれによりワイヤとスライド又は
案内との間に摺動摩擦が生じないようにする。扁平なワ
イヤは薄い方が図７に示す向きとなるようにして用いら
れワイヤを屈撓させるのに要する力が最小となるように
する。スライドとワイヤ案内との間の間隔はワイヤの屈
撓が完全に弾性的となるよう十分に大きく選択される。
この構造はリードワイヤを屈撓させるのに必要な力を最
小にする。滑りがなく、したがって滑りから摩擦が生じ
ないためとワイヤの屈撓が完全に弾性であるため、リー
ドワイヤを屈撓させるのに要する力は高度に再現可能性
がある。
構造の垂直断面図である。０．００１５インチ（０．０
３８mm）の厚さで０．０４０インチ（１．０２mm）の幅
の一対の扁平なワイヤ５２が並んで配置される。図７の
断面図は扁平なワイヤの一方の細い端部だけを示す。第
２のワイヤはこの図の平面の後側にあり、図７では見え
ない。各ワイヤの可動端部はスライド８に取付けられた
熱ブロック５３に取付けられ、コイルリード線の延長部
（図示しない）が熱ブロックに接続されている。ワイヤ
の静止端部は駆動装置フレーム組立体に取付けられたワ
イヤ案内プレート５５に取付けられた第２の端末ブロッ
ク５４に接続される。スライドが上下に動くにつれて、
リードワイヤはスライドとワイヤ案内とに接触しまた離
れるよう転動して動きそれによりワイヤとスライド又は
案内との間に摺動摩擦が生じないようにする。扁平なワ
イヤは薄い方が図７に示す向きとなるようにして用いら
れワイヤを屈撓させるのに要する力が最小となるように
する。スライドとワイヤ案内との間の間隔はワイヤの屈
撓が完全に弾性的となるよう十分に大きく選択される。
この構造はリードワイヤを屈撓させるのに必要な力を最
小にする。滑りがなく、したがって滑りから摩擦が生じ
ないためとワイヤの屈撓が完全に弾性であるため、リー
ドワイヤを屈撓させるのに要する力は高度に再現可能性
がある。
【００５９】標本取付け具 図８から１２は本発明に用いることができる数種の異な
った標本取付け具を示す。図８は繊維又は薄いフィルム
の標本の引張り負荷モードを特徴づけるのに用いられる
取付け具の概略図である。標本５５（図８に示される実
例では繊維）はクランプ顎５６、クランプフレーム５７
及びクランプねじ５９からなる上側締結具により頂端が
保持される。クランプねじ５９はクランプフレーム５７
を回動し、クランプ顎５６を標本に押しつける。この締
結具は静止フレーム５８に取付けられる。静止フレーム
５８は４つの取付け孔６０を介して支持支柱１６に取付
けられる。こうして標本の上端はフレーム１に対し動か
ないよう保持される。
った標本取付け具を示す。図８は繊維又は薄いフィルム
の標本の引張り負荷モードを特徴づけるのに用いられる
取付け具の概略図である。標本５５（図８に示される実
例では繊維）はクランプ顎５６、クランプフレーム５７
及びクランプねじ５９からなる上側締結具により頂端が
保持される。クランプねじ５９はクランプフレーム５７
を回動し、クランプ顎５６を標本に押しつける。この締
結具は静止フレーム５８に取付けられる。静止フレーム
５８は４つの取付け孔６０を介して支持支柱１６に取付
けられる。こうして標本の上端はフレーム１に対し動か
ないよう保持される。
【００６０】標本の下端は枢軸を介してクランプフレー
ム６２に取付けられた下側クランプ顎６１により取付け
具の可動部分に締めつけ固定される。クランプフレーム
６２は駆動フレーム６３に取付けられた枢軸に取付けら
れる。クランプねじ６４はクランプフレーム６２を回動
し、クランプ顎６１を標本に押しつける。駆動フレーム
６３に取付けられた蟻ほぞ６５が駆動ロッド１４の相補
的の蟻ほぞに係合し、それにより標本取付け具の可動部
分を駆動ロッド１４に取付ける。
ム６２に取付けられた下側クランプ顎６１により取付け
具の可動部分に締めつけ固定される。クランプフレーム
６２は駆動フレーム６３に取付けられた枢軸に取付けら
れる。クランプねじ６４はクランプフレーム６２を回動
し、クランプ顎６１を標本に押しつける。駆動フレーム
６３に取付けられた蟻ほぞ６５が駆動ロッド１４の相補
的の蟻ほぞに係合し、それにより標本取付け具の可動部
分を駆動ロッド１４に取付ける。
【００６１】図９はシート又はプレートのような標本の
２重片持ち梁屈撓モードを特徴づける取付け具の概略図
である。標本６６は、クランプ顎６９、クロスヘッド７
０及びねじ７１を含む締結具組立体６８によりその両端
近くが静止フレーム６７に締めつけ固定される。ねじを
締めることによりクロスヘッドをクランプ顎に対して押
し下げ、標本を駆動フレームに当接して保持する。クロ
スヘッドは締めつけ荷重がクランプ顎の中心に加えられ
それにより締めつけ荷重が標本の幅を横切って均一に分
配されるのを保証するのに用いられる。静止フレーム６
７は４つの取付け孔７６を通る垂直の支持支柱１６のよ
うな垂直支持体に取付けられ、標本の両端をフレーム１
に対し動かないよう保持する。
２重片持ち梁屈撓モードを特徴づける取付け具の概略図
である。標本６６は、クランプ顎６９、クロスヘッド７
０及びねじ７１を含む締結具組立体６８によりその両端
近くが静止フレーム６７に締めつけ固定される。ねじを
締めることによりクロスヘッドをクランプ顎に対して押
し下げ、標本を駆動フレームに当接して保持する。クロ
スヘッドは締めつけ荷重がクランプ顎の中心に加えられ
それにより締めつけ荷重が標本の幅を横切って均一に分
配されるのを保証するのに用いられる。静止フレーム６
７は４つの取付け孔７６を通る垂直の支持支柱１６のよ
うな垂直支持体に取付けられ、標本の両端をフレーム１
に対し動かないよう保持する。
【００６２】可動組立体は駆動クランプフレーム７２、
クランプ顎７３、クロスヘッド７４及び締めつけねじ７
５を含んでいる。締めつけねじ７５はクロスヘッドを駆
動しクランプ顎を標本に押しつけ、標本を駆動クランプ
フレームに対し締めつけ固定し、それにより標本をその
中心で保持する。駆動フレームに取付けられた蟻ほぞは
駆動ロッド１４の相補的な蟻ほぞと係合し、それにより
標本取付け具の可動部分を駆動ロッド１４に堅く取付け
る。
クランプ顎７３、クロスヘッド７４及び締めつけねじ７
５を含んでいる。締めつけねじ７５はクロスヘッドを駆
動しクランプ顎を標本に押しつけ、標本を駆動クランプ
フレームに対し締めつけ固定し、それにより標本をその
中心で保持する。駆動フレームに取付けられた蟻ほぞは
駆動ロッド１４の相補的な蟻ほぞと係合し、それにより
標本取付け具の可動部分を駆動ロッド１４に堅く取付け
る。
【００６３】図１０は標本の３点屈撓モードの特徴を表
わすのに用いられる取付け具の概略図である。標本７８
は静止フレーム８０の一体部分である支持体７９により
その両端の近くで支持される。負荷が荷重フレーム８１
により標本の中央部分に加えられ、標本を一体の負荷付
与表面８２を介して押しつける。静止フレーム８０は４
つの取付け孔８３を介して支持支柱１６に取付けられ、
それにより標本の両端をフレーム１に対して動かないよ
うに保持する。駆動フレームに取付けられた蟻ほぞ８４
が駆動ロッド１４の相補的な蟻ほぞと係合し、取付け具
の可動部分を駆動ロッド１４に取付ける。
わすのに用いられる取付け具の概略図である。標本７８
は静止フレーム８０の一体部分である支持体７９により
その両端の近くで支持される。負荷が荷重フレーム８１
により標本の中央部分に加えられ、標本を一体の負荷付
与表面８２を介して押しつける。静止フレーム８０は４
つの取付け孔８３を介して支持支柱１６に取付けられ、
それにより標本の両端をフレーム１に対して動かないよ
うに保持する。駆動フレームに取付けられた蟻ほぞ８４
が駆動ロッド１４の相補的な蟻ほぞと係合し、取付け具
の可動部分を駆動ロッド１４に取付ける。
【００６４】図１１は標本の圧縮モードの特徴を表わす
のに用いられる取付け具の概略図である。標本８５は静
止プレート８６と可動プレート８７との間に加えられた
負荷のもとに圧搾される。静止プレートは４つの取付け
孔８９を通って支持支柱１６に取付けられたフレーム８
８に取付けられる。可動プレート８７は駆動フレーム９
０に取付けられる。駆動フレームに取付けられた蟻ほぞ
９１が駆動ロッド１４の相補的な蟻ほぞと係合し、取付
け具の可動部分を駆動ロッド１４に取付ける。
のに用いられる取付け具の概略図である。標本８５は静
止プレート８６と可動プレート８７との間に加えられた
負荷のもとに圧搾される。静止プレートは４つの取付け
孔８９を通って支持支柱１６に取付けられたフレーム８
８に取付けられる。可動プレート８７は駆動フレーム９
０に取付けられる。駆動フレームに取付けられた蟻ほぞ
９１が駆動ロッド１４の相補的な蟻ほぞと係合し、取付
け具の可動部分を駆動ロッド１４に取付ける。
【００６５】図１２は標本の剪断変形モードを特徴づけ
る取付け具の概略図である。一対の同一の標本９２が駆
動プレート９４に対し、対向する可動締結具９３の間で
締めつけ固定される。駆動プレート９４が一対の同一の
標本の間に挟まれる。可動締結具９３が静止フレーム９
５により案内されつまみねじ９６により内側と外側に駆
動される。つまみねじ９６は締結具の面を標本の厚さに
調節し圧縮荷重を加え標本を所定位置に保持する。静止
フレーム９５は４つの取付け孔９７を介して支持支柱１
６に取付けられ、それにより静止フレーム９５をフレー
ム１に対し固定するよう保持する。駆動プレート９４は
駆動ロッド１４の相補的な蟻ほぞと係合する蟻ほぞ９８
に取付けられ、取付け具の可動部分を駆動ロッドに取付
ける。このようにして、標本は加えられた荷重のもとに
締結具の面と可動プレートとの間で剪断することができ
る。
る取付け具の概略図である。一対の同一の標本９２が駆
動プレート９４に対し、対向する可動締結具９３の間で
締めつけ固定される。駆動プレート９４が一対の同一の
標本の間に挟まれる。可動締結具９３が静止フレーム９
５により案内されつまみねじ９６により内側と外側に駆
動される。つまみねじ９６は締結具の面を標本の厚さに
調節し圧縮荷重を加え標本を所定位置に保持する。静止
フレーム９５は４つの取付け孔９７を介して支持支柱１
６に取付けられ、それにより静止フレーム９５をフレー
ム１に対し固定するよう保持する。駆動プレート９４は
駆動ロッド１４の相補的な蟻ほぞと係合する蟻ほぞ９８
に取付けられ、取付け具の可動部分を駆動ロッドに取付
ける。このようにして、標本は加えられた荷重のもとに
締結具の面と可動プレートとの間で剪断することができ
る。
【００６６】光エンコーダ 図１３は光エンコーダ１０の光学構成要素の概略図であ
る。図１３は光学構成要素が回折格子９（スライドに取
付けられた）、ＬＥＤ光源１２１、走査レチクル透明位
相格子１２２、集光レンズ１２３、及び光検知装置１２
４を含むことを示している。図１３に示される実例では
光検知装置１２４は３つの光電池を含んでいる。光源１
２１によって発せられた光ビームが回折格子９によって
反射されかつ調整され、レチクル１２２により伝達され
かつ調整され、エンコーダ１０の光検知系１０１により
検出される。
る。図１３は光学構成要素が回折格子９（スライドに取
付けられた）、ＬＥＤ光源１２１、走査レチクル透明位
相格子１２２、集光レンズ１２３、及び光検知装置１２
４を含むことを示している。図１３に示される実例では
光検知装置１２４は３つの光電池を含んでいる。光源１
２１によって発せられた光ビームが回折格子９によって
反射されかつ調整され、レチクル１２２により伝達され
かつ調整され、エンコーダ１０の光検知系１０１により
検出される。
【００６７】本発明にしたがって構成された測定器にお
いて、ガラススケール回折格子上のレンズの間の間隔は
８ミクロンであった。回折格子と光干渉の利用はガラス
スケール上の各ラインに対し２つの建設的な最大と２つ
の破壊的な最小の干渉ラインをもたらし、すなわち最大
の干渉ラインの間の距離は４ミクロンである。光エンコ
ーダ１０内部のＬＥＤ光源１２１からの光は透明位相格
子を通過し、位相格子を通って後側にガラススケールか
ら反射され３つの光電池に集められる。これらの光電池
からの信号はヘイデンハイン電子回路により組合され２
つの直角位相出力信号をつくり出す。
いて、ガラススケール回折格子上のレンズの間の間隔は
８ミクロンであった。回折格子と光干渉の利用はガラス
スケール上の各ラインに対し２つの建設的な最大と２つ
の破壊的な最小の干渉ラインをもたらし、すなわち最大
の干渉ラインの間の距離は４ミクロンである。光エンコ
ーダ１０内部のＬＥＤ光源１２１からの光は透明位相格
子を通過し、位相格子を通って後側にガラススケールか
ら反射され３つの光電池に集められる。これらの光電池
からの信号はヘイデンハイン電子回路により組合され２
つの直角位相出力信号をつくり出す。
【００６８】図１４は光検知装置出力信号を処理する装
置の概略図である。光検知装置１０１が、測定器用増幅
器、例えば相互に対し直角位相による図１４のバールブ
ラウンＩＮＡ１０３による増幅後に示されるような２つ
の出力信号を発する。この２つの直角位相出力信号の光
周期は４マイクロメートルである。２つの直角位相出力
信号はアナログ−デジタル変換器１０３により秒当り
２．５ミリオン回の速度で８ビットデジタル信号に変換
される。この２つの８ビットデジタル信号は、これが１
０ビットの角度と６ビットの大きさのデジタル信号に変
換され次のデジタル信号処理装置によって用いるルック
アップＥＰＲＯＭ１０４に供給される。１０ビット角度
信号は光ラインの間の４マイクロメートルをそれぞれ
３．９ナノメートルの１０２４個の部分に分割する。
置の概略図である。光検知装置１０１が、測定器用増幅
器、例えば相互に対し直角位相による図１４のバールブ
ラウンＩＮＡ１０３による増幅後に示されるような２つ
の出力信号を発する。この２つの直角位相出力信号の光
周期は４マイクロメートルである。２つの直角位相出力
信号はアナログ−デジタル変換器１０３により秒当り
２．５ミリオン回の速度で８ビットデジタル信号に変換
される。この２つの８ビットデジタル信号は、これが１
０ビットの角度と６ビットの大きさのデジタル信号に変
換され次のデジタル信号処理装置によって用いるルック
アップＥＰＲＯＭ１０４に供給される。１０ビット角度
信号は光ラインの間の４マイクロメートルをそれぞれ
３．９ナノメートルの１０２４個の部分に分割する。
【００６９】各変換器の符号ビットは、プログラム化さ
れ計数及び方向信号を発するプログラム化可能の論理装
置１０５、例えばサイプレスセミコンダクターＣＹ７Ｃ
３４４に送られる。これらの信号は、交差した線の数と
方向のトラックを保持しまた１４ビットの上／下計数器
となるようプログラムされた第２のプログラム可能の論
理装置１０６、例えばサイプレスセミコンダクターＣＹ
７Ｃ３４４へと進む。１４ビットは、−３２．７６８か
ら＋３２．７６４マイクロメートルをカバーししたがっ
ていずれかの方向の全体の摺動運動をカバーする−８．
１９２から＋８．１９１の計数を提供する。１４ビット
の線計数は１６ビットへの符号−延長でありデジタル信
号処理装置（ＤＳＰ）に送られる。
れ計数及び方向信号を発するプログラム化可能の論理装
置１０５、例えばサイプレスセミコンダクターＣＹ７Ｃ
３４４に送られる。これらの信号は、交差した線の数と
方向のトラックを保持しまた１４ビットの上／下計数器
となるようプログラムされた第２のプログラム可能の論
理装置１０６、例えばサイプレスセミコンダクターＣＹ
７Ｃ３４４へと進む。１４ビットは、−３２．７６８か
ら＋３２．７６４マイクロメートルをカバーししたがっ
ていずれかの方向の全体の摺動運動をカバーする−８．
１９２から＋８．１９１の計数を提供する。１４ビット
の線計数は１６ビットへの符号−延長でありデジタル信
号処理装置（ＤＳＰ）に送られる。
【００７０】図１５にステップ１０７で示されるよう
に、信号処理装置は位置信号（１０ビットの角度と１４
ビットの線計数）を各秒５０，０００回読取る。１０の
逐次値の各組がこの１０の値を合計することにより処理
され、それにより秒当り５，０００の３２ビット位置値
を提供する。駆動ロッド１４を駆動するリニアモーター
への電流を制御するのに用いられるＡＣ信号の位相がス
テップ１１１で蓄積されステップ１１２で秒当り５，０
００回１６ビットの正弦及び余弦の値に変換される。駆
動力を表わす正弦値及び余弦値と、スライド（及び標本
の変形された部分）の相対位置とを表わす位置の合計と
が２ポートＲＡＭ１０９の円の待ち行列の中に置かれ
る。
に、信号処理装置は位置信号（１０ビットの角度と１４
ビットの線計数）を各秒５０，０００回読取る。１０の
逐次値の各組がこの１０の値を合計することにより処理
され、それにより秒当り５，０００の３２ビット位置値
を提供する。駆動ロッド１４を駆動するリニアモーター
への電流を制御するのに用いられるＡＣ信号の位相がス
テップ１１１で蓄積されステップ１１２で秒当り５，０
００回１６ビットの正弦及び余弦の値に変換される。駆
動力を表わす正弦値及び余弦値と、スライド（及び標本
の変形された部分）の相対位置とを表わす位置の合計と
が２ポートＲＡＭ１０９の円の待ち行列の中に置かれ
る。
【００７１】６ビットの大きさの信号が用いられ光検知
装置の２つの直角位相出力が良く整合されるのを確実に
し、それによりこの補間がスライドの位置の正確な測定
を生み出すようにする。図１６に示されるように、ＥＰ
ＲＯＭ１０４のルックアップテーブル（索引表）から得
られる６ビットの大きさの信号（１６ビットＥＰＲＯＭ
のうちの１０ビットは角度データに用いられる）と角度
信号とが用いられ０°，９０°，１８０°及び２７０°
の出力信号の大きさを表わす信号をつくり出すのに用い
られる。この４つの大きさの信号は表示スクリーン上に
表示される。４つの信号のうちの１つの信号が他の信号
より小さかったならば、小さい方の信号の最大値に近い
補間値が３．９ナノメートルの間隔より広く拡散される
ようになりまた大きな方の信号の最大値に近い補間値が
３．９ナノメートルより密接して圧縮されるようにな
る。この効果は４マイクロメートルの周期を有する補間
された位置読取りに正弦曲線の誤差を生じ、そしてその
大きさは信号間の不調和に関係している。２つの直角位
相信号のこの２つの最大値の各々に近い大きさの値は表
示され、そして較正電位差計が用いられこれらの値を合
致させる。この後者の工程は自動化することができる。
装置の２つの直角位相出力が良く整合されるのを確実に
し、それによりこの補間がスライドの位置の正確な測定
を生み出すようにする。図１６に示されるように、ＥＰ
ＲＯＭ１０４のルックアップテーブル（索引表）から得
られる６ビットの大きさの信号（１６ビットＥＰＲＯＭ
のうちの１０ビットは角度データに用いられる）と角度
信号とが用いられ０°，９０°，１８０°及び２７０°
の出力信号の大きさを表わす信号をつくり出すのに用い
られる。この４つの大きさの信号は表示スクリーン上に
表示される。４つの信号のうちの１つの信号が他の信号
より小さかったならば、小さい方の信号の最大値に近い
補間値が３．９ナノメートルの間隔より広く拡散される
ようになりまた大きな方の信号の最大値に近い補間値が
３．９ナノメートルより密接して圧縮されるようにな
る。この効果は４マイクロメートルの周期を有する補間
された位置読取りに正弦曲線の誤差を生じ、そしてその
大きさは信号間の不調和に関係している。２つの直角位
相信号のこの２つの最大値の各々に近い大きさの値は表
示され、そして較正電位差計が用いられこれらの値を合
致させる。この後者の工程は自動化することができる。
【００７２】マイクロプロセッサー１１０（例えば８０
Ｃ１８６マイクロプロセッサー）が２ポートＲＡＭ１０
９（図１５に示される）の待ち行列の値を読取りこれら
の値をデータポイントを各秒２回計算する。計算された
データは平均位置とこの位置の単一点フーリエ変換とを
含んでいる。このフーリエ変換の結果は標本振動の大き
さと駆動信号に対する位相とである。
Ｃ１８６マイクロプロセッサー）が２ポートＲＡＭ１０
９（図１５に示される）の待ち行列の値を読取りこれら
の値をデータポイントを各秒２回計算する。計算された
データは平均位置とこの位置の単一点フーリエ変換とを
含んでいる。このフーリエ変換の結果は標本振動の大き
さと駆動信号に対する位相とである。
【００７３】２５，０００の位置読取りが各データポイ
ントを計算するのに用いられるため、２５，０００の平
方根又は約１５８だけ信号ノイズの減少の可能性があ
る。各位置読取りにおけるノイズ又は不安定が約４０ナ
ノメートルであり、またノイズが読取りから読取りへと
まちまちであったと仮定すると、もたらされるデータ情
報ノイズはナノメートルの約４分の１となる。各位置読
取りにおけるノイズは位置読取りの間で幾分か相互に関
係されまたそのためノイズの減少が小さくなり、得られ
るノイズはナノメートルの４分の１よりも若干大きくな
る。
ントを計算するのに用いられるため、２５，０００の平
方根又は約１５８だけ信号ノイズの減少の可能性があ
る。各位置読取りにおけるノイズ又は不安定が約４０ナ
ノメートルであり、またノイズが読取りから読取りへと
まちまちであったと仮定すると、もたらされるデータ情
報ノイズはナノメートルの約４分の１となる。各位置読
取りにおけるノイズは位置読取りの間で幾分か相互に関
係されまたそのためノイズの減少が小さくなり、得られ
るノイズはナノメートルの４分の１よりも若干大きくな
る。
【００７４】フーリエ変換はまた２５，０００の位置読
取りを処理し標本振動の大きさと位相とを計算する。こ
の処理は少し複雑となるが、その理由はこの処理が、結
果を合計し大きさの平方と位相の比率のアークタンジェ
ントの平方の合計の平方根を知る前に各１０ポイントの
平均に正弦値と余弦値を掛けることを伴うからである。
しかし、正弦値と余弦値が理想的のノイズのない駆動信
号からのものであるため、何のノイズもこの位置の値に
加えられずまた上記のノイズの減少が生じる。
取りを処理し標本振動の大きさと位相とを計算する。こ
の処理は少し複雑となるが、その理由はこの処理が、結
果を合計し大きさの平方と位相の比率のアークタンジェ
ントの平方の合計の平方根を知る前に各１０ポイントの
平均に正弦値と余弦値を掛けることを伴うからである。
しかし、正弦値と余弦値が理想的のノイズのない駆動信
号からのものであるため、何のノイズもこの位置の値に
加えられずまた上記のノイズの減少が生じる。
【００７５】標本の振動の測定された振幅と標本に加え
られた駆動力の振動に対するこの振動の位相とは、標本
に加えられた振動駆動力の位相と共に、標本の記憶モジ
ュラスと損失モジュラスを計算するのに用いられる。
られた駆動力の振動に対するこの振動の位相とは、標本
に加えられた振動駆動力の位相と共に、標本の記憶モジ
ュラスと損失モジュラスを計算するのに用いられる。
【００７６】本発明の実施態様の上記の開示は図示と記
載の目的で与えられたものである。本発明は開示された
精密な形式が全てであること又はこの形式に限定される
ことが意図されるものではない。ここに記載された実施
態様の多くの変形と変更が当業者にとって上記の開示に
照らし明らかとなるであろう。本発明の範囲は特許請求
の範囲とその均等物とによってのみ規定されるものであ
る。
載の目的で与えられたものである。本発明は開示された
精密な形式が全てであること又はこの形式に限定される
ことが意図されるものではない。ここに記載された実施
態様の多くの変形と変更が当業者にとって上記の開示に
照らし明らかとなるであろう。本発明の範囲は特許請求
の範囲とその均等物とによってのみ規定されるものであ
る。
【図１】本発明の切欠き概略斜面図である。
【図２】本発明の駆動装置の概略垂直断面図である。
【図３】フレーム組立体の概略水平断面図である。
【図４】加熱炉組立体の概略垂直断面図である。
【図５】標本容器の概略水平断面図である。
【図６】モーター組立体の概略垂直断面図である。
【図７】可動コイル組立体リード線の概略図である。
【図８】引張りモードの標本締結取付け具の概略図であ
る。
る。
【図９】２重片持ち梁屈撓モードの標本締結取付け具の
概略図である。
概略図である。
【図１０】３点屈撓モードの標本締結取付け具の概略図
である。
である。
【図１１】圧縮モードの標本取付け具の概略図である。
【図１２】剪断モードの標本取付け具の概略図である。
【図１３】光エンコーダ（光符号化器）の光学要素の概
略図である。
略図である。
【図１４】光エンコーダ電子信号処理の概略ブロックダ
イヤグラムである。
イヤグラムである。
【図１５】デジタル信号がデジタル信号処理器と測定器
マイクロプロセッサーの内部でどのようにして処理され
るかを示す概略ダイヤグラムである。
マイクロプロセッサーの内部でどのようにして処理され
るかを示す概略ダイヤグラムである。
【図１６】図１５に続く概略ダイヤグラムである。
１…フレーム ２…調節ねじ ３…空気軸受 ５…空洞 ６…位置決めピン ７…対応孔 ８…スライド ９…回折格子 １０…光学トランスジューサ １１…モーター組立体（リニアモーター） １３…可動コイル組立体 １４…駆動ロッド １５…標本取付け具 １６…支柱 １７，１８…加熱要素 １９…熱補償プレート ２１…標本領域 ２２…加熱組立体 ２３…抵抗加熱要素 ２５…リング ２６…冷却ジャケット ２７…内側シリンダー ２８…外側シリンダー ２９…上室 ３０…下室 ３１…仕切板 ３３…供給チューブ ３４…連結具 ３５…孔 ３８，３９，４０，４１…円板 ４２…外側ジャケット ４３…開口 ４４…排気筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エル．ダンレー アメリカ合衆国，ニュージャージー 08107，コリングスウッド，ハリソン ア ベニュ 450 (72)発明者 ジョン アール．リーダー，ジュニア アメリカ合衆国，デラウェア 19711，ニ ューアーク，ファイアーチェイス サーク ル 12 (72)発明者 ジョン ダブリュ．シャエファー アメリカ合衆国，デラウェア 19809，ウ ィルミントン，ハイネス アベニュ 1214
Claims (53)
- 【請求項１】 機械的分析装置であって、 （ａ）フレームと （ｂ）固定された永久磁石と可動コイルとを具備し、固
定された永久磁石が機械的分析装置のフレームに取付け
られているリニア永久磁石モーターと、 （ｃ）第１の端部と第２の端部とを有するスライドであ
って、可動コイルがスライドの第２の端部に堅く取付け
られ、可動コイルに加えられた電流により可動コイルが
駆動力をスライドに加えるようにしている、スライド
と、 （ｄ）スライドに加えられた駆動力の大きさを決定する
手段と、 （ｅ）スライドに取付けられた回折格子とフレームに取
付けられた光源とフレームに取付けられた光検知装置と
を具備する光エンコーダであって、光源から発せられた
光ビームが光検知装置において回折格子により反射さ
れ、スライドがフレームに対し垂直方向に動くにつれて
光検知装置が回折格子の一区切り当り２つの最大値と２
つの最小値とを検知するようにしている、光エンコーダ
と、 （ｆ）フレームに取付けられた第１の複数の底部空気軸
受とフレームに取付けられた第２の複数の頂部空気軸受
とであって、底部空気軸受と頂部空気軸受がスライドを
前記空気軸受内部で案内するよう共働しスライドが垂直
方向にのみ動くようにしている、第１及び第２の複数の
底部及び頂部空気軸受と、 （ｇ）第１の端部とスライドの第１の端部に取付けられ
た第２の端部とを有する駆動ロッドと、 （ｈ）駆動ロッドの第１の端部に堅く取付けられた可動
標本締結組立体と、 （ｉ）少なくとも１つの垂直支持体に堅く取付けられた
固定した標本締結組立体であって、前記垂直支持体はフ
レームにその第２の端部が取付けられている固定標本締
結組立体と、 （ｊ）電子信号の出力を光検知装置によって受け取りこ
れら電子信号を組合せて２つの直角位相出力信号をつく
り出す手段と、 （ｋ）２つの直角位相出力信号をデジタルの角度の信号
と大きさの信号とに変換する手段と、 （ｌ）デジタルの角度信号を受取り検知された最大値を
計数する手段と各最大値での回折格子の運動の方向のト
ラックを保持する手段と、 （ｍ）大きさの信号を用い２つの直角位相出力信号の大
きさを相互に合致させる手段と、 （ｎ）デジタル角度信号を補間しスライドに対する補間
された位置を計算する手段と、 （ｏ）スライドの補間された位置に基づく標本の材料特
性をスライドに加えられた駆動力の大きさの関数として
計算する手段、 とを具備している機械的分析装置。 - 【請求項２】 可動標本締結組立体と固定標本締結組立
体が標本室の中にあり、標本室の周りにらせん状に巻か
れた薄い反射材料のシートをさらに具備し、前記シート
が、らせん状に巻かれたシートの連続した層の間の分離
を維持する複数の小さな突起を具備している請求項１に
記載の機械的分析装置。 - 【請求項３】 小さな突起が突起の一連の真直ぐな線と
なっており、連続した真直ぐの突起の線の間の距離が不
揃いとなっている請求項２に記載の機械的分析装置。 - 【請求項４】 標本室の第１の端部に多層絶縁体組織を
形成する複数の反射円板と標本室の底部に多層絶縁体組
織を形成する複数の反射円板とをさらに具備している請
求項２に記載の機械的分析装置。 - 【請求項５】 薄い反射材料のシートがステンレス鋼の
シートである請求項２に記載の機械的分析装置。 - 【請求項６】 モーターが内部芯体と、内部芯体と永久
磁石との間に第１の端部と第２の端部とを有する空気間
隙とを具備し、空気間隙が第２の端部より第１の端部が
広くなるよう傾斜されている請求項１に記載の機械的分
析装置。 - 【請求項７】 電流を可動コイルに供給する扁平なワイ
ヤをさらに具備し、スライドが上下に動くにつれて扁平
なワイヤがスライドに摩擦のない転動で接触するように
している請求項１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項８】 第１の複数の底部空気軸受と第２の複数
の頂部空気軸受の各々が調節ねじによりスライドの表面
に当接して配置されている請求項１に記載の機械的分析
装置。 - 【請求項９】 各調節ねじが球面の端部を有し、各調節
ねじの球面端部が対応の空気軸受の円錐形の空洞と係合
している請求項１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項１０】 フレームの頂端近くでフレームに取付
けられた頂部の抵抗加熱要素と、フレームの底部の近く
でフレームに取付けられた底部の抵抗加熱要素とをさら
に具備し、頂部及び底部の抵抗加熱要素が一定のフレー
ム温度を保持するため調整されるようにしている請求項
１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項１１】 機械的分析装置であって、 （ａ）フレームと （ｂ）固定された永久磁石と可動コイルとを具備し固定
永久磁石が機械的分析装置のフレームに取付けられてい
る、リニア永久磁石モーターと、 （ｃ）第１の端部と第２の端部とを有するスライドであ
って、可動コイルがスライドの第２の端部に堅く取付け
られ、可動コイルに加えられた電流により可動コイルが
駆動力をスライドに加えるようにしている、スライド
と、 （ｄ）スライドに加えられた駆動力の大きさを決定する
手段と、 （ｅ）スライドに取付けられた回折格子とフレームに取
付けられた光源とフレームに取付けられた光検知装置と
を具備する光エンコーダであって、光源によって発せら
れた光ビームが光検知装置において回折格子によって反
射されそれによりスライドがフレームに対し垂直方向に
動かされるにつれて光検知装置が回折格子の一区切り当
り２つの最大値と２つの最小値とを検知するようにして
いる、光エンコーダと、 （ｆ）第１の複数の底部空気軸受と第２の複数の頂部空
気軸受であって、底部空気軸受と頂部空気軸受とがスラ
イドを垂直方向にのみ動かすようにしている、第１の複
数の底部空気軸受と第２の複数の頂部空気軸受と、 （ｇ）第１の端部とスライドの第１の端部に取付けられ
た第２の端部とを有する駆動ロッドと、 （ｈ）駆動ロッドの第１の端部に堅く取付けられた可動
標本締結組立体と、 （ｉ）少なくとも１つの垂直支持支柱に堅く取付けられ
た固定した標本締結組立体であって、前記少なくとも１
つの垂直支持支柱がフレームにその第２の端部が取付け
られている、固定標本締結組立体と、 （ｊ）信号の出力を光検知装置により処理し、スライド
が加えられた駆動力のもとに少なくとも４ナノメートル
の分離で動くにつれてスライドの連続位置を決定する手
段と、 （ｋ）スライドの決定された位置に基づき標本の材料特
性をスライドに加えられた駆動力の大きさの関数として
計算する手段、 とを具備している機械的分析装置。 - 【請求項１２】 可動標本締結組立体と固定標本組立体
とが標本室の中にあり、標本室の周りにらせん状に巻か
れた薄い金属シートをさらに具備し、前記金属シートが
らせん状に巻かれたシートの連続する層の間の分離を保
持する複数の小突起を具備している請求項１１に記載の
機械的分析装置。 - 【請求項１３】 モーターが内部の芯体と、内部芯体と
永久磁石との間に第１の端部と第２の端部とを有する空
気の間隙とを具備し、空気間隙が第２の端部よりも第１
の端部が広くなるよう傾斜されている請求項１１に記載
の機械的分析装置。 - 【請求項１４】 電流を可動コイルに供給する扁平ワイ
ヤをさらに具備し、スライドが上下に動くにつれて扁平
ワイヤがスライドと摩擦のない転動で接触するようにし
ている請求項１１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項１５】 第１の複数の底部空気軸受と第２の複
数の頂部空気軸受の各々が調節ねじによりスライドの表
面に当接するよう配置されている請求項１１に記載の機
械的分析装置。 - 【請求項１６】 フレームの頂部の近くでフレームに取
付けられた頂部抵抗加熱要素と、フレームの底部の近く
でフレームに取付けられた底部抵抗加熱要素と、フレー
ムの頂部に取付けられフレームの頂部に密接している熱
補償プレートとをさらに具備し、頂部及び底部の加熱要
素が一定のフレーム温度を保持するよう調整されるよう
にしている請求項１１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項１７】 光源と回折格子との間でフレームに取
付けられた走査レチクル透明位相格子を具備し、光ビー
ムを伝達し調整するようにしている請求項１１に記載の
機械的分析装置。 - 【請求項１８】 可動標本締結組立体と固定標本締結組
立体とが標本室の中にあり、標本室の周りに円形に離間
して配された複数の垂直のセラミック絶縁体ロッドと、
セラミック絶縁体ロッドを相互に連結する該絶縁体ロッ
ドの各端部のリングと、セラミック絶縁体ロッドの周り
にらせん状に巻かれた加熱要素とからなる加熱要素をさ
らに具備している請求項１１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項１９】 可動標本締結組立体と固定標本締結組
立体とが標本室の中にあり、標本室を取巻く内壁と内壁
を取巻き内壁との間に環状の空洞を形成する外壁とを有
する環状冷却ジャケットをさらに具備している請求項１
１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項２０】 環状空洞が仕切りにより下室と上室と
に分割され、前記仕切りがその周りに均一の間隔で配さ
れた一連の小さな孔を具備している請求項１９に記載の
機械的分析装置。 - 【請求項２１】 機械的分析装置であって、 （ａ）フレームと （ｂ）固定された永久磁石と可動コイルとを具備するリ
ニア永久磁石モーターであって、固定永久磁石が機械的
分析装置のフレームに取付けられているリニア永久磁石
モーターと、 （ｃ）第１の端部と第２の端部とを有するスライドであ
って、可動コイルがスライドの第２の端部に堅く取付け
られ、可動コイルに加えられた電流により可動コイルが
スライドに駆動力を加えるようにしている、スライド
と、 （ｄ）スライドに加えられた駆動力の大きさを決定する
手段と、 （ｅ）スライドに取付けられた回折格子と、フレームに
取付けられた光源と、フレームに取付けられた格子レチ
クルと、フレームに取付けられた光検知装置とを具備す
る光エンコーダであって、光源によって発せられた光ビ
ームが光検知装置において回折格子により調整されかつ
反射され、また回折レチクルにより調整されかつ伝達さ
れ、それによりスライドがフレームに対し垂直方向に動
かされるにつれて光検知装置が調整された出力信号を発
するようにしている、光エンコーダと、 （ｆ）第１の複数の底部空気軸受と第２の複数の頂部空
気軸受とであって、底部空気軸受と頂部空気軸受とがス
ライドを垂直方向にのみ動かすことができるようにして
いる、第１の複数の底部空気軸受と第２の複数の頂部空
気軸受と、 （ｇ）第１の端部とスライドの第１の端部に取付けられ
た第２の端部とを有する駆動ロッドと、 （ｈ）駆動ロッドの第１の端部に堅く取付けられた可動
標本締結組立体と、 （ｉ）複数の垂直の支持支柱に堅く取付けられた固定し
た標本締結組立体と、 （ｊ）光検知装置から調整された出力信号を受取り電子
信号を組合せて２つの直角位相出力信号をつくり出す手
段と、 （ｋ）２つの直角位相出力信号をデジタル角度信号とデ
ジタル大きさ信号とに変換する手段と、 （ｌ）２つの直角位相出力信号の振幅を相互に合致する
よう調節する手段と、 （ｍ）デジタル角度信号を補間しスライドにとっての補
間された位置を計算する手段と、 （ｎ）スライドの補間された位置に基づき標本の材料特
性をスライドに加えられた駆動力の大きさの関数として
計算する手段、 とを具備している機械的分析装置。 - 【請求項２２】 直角位相出力信号を２つの８ビットデ
ジタル信号に変換する２つのアナログ−デジタル変換器
を具備している請求項２１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項２３】 ２つの８ビットデジタル信号が１０ビ
ットの角度デジタル信号と６ビットの大きさデジタル信
号とに変換される請求項２２に記載の機械的分析装置。 - 【請求項２４】 各アナログ−デジタル変換器の符号ビ
ットが、カウント信号と方向信号とを発するようプログ
ラム化された第１のプログラム可能の論理装置に供給さ
れる請求項２３に記載の機械的分析装置。 - 【請求項２５】 第２のプログラム可能論理装置が１４
ビットの上／下計数器となるようプログラム化され、第
２のプログラム可能論理装置が第１のプログラム可能論
理装置からカウント信号と方向信号を受取り、線カウン
トを計算する請求項２４に記載の機械的分析装置。 - 【請求項２６】 １０ビットの角度デジタル信号と１４
ビットの線カウントデジタル信号とを読取り第１の速度
で位置信号を計算する信号処理装置を具備している請求
項２５に記載の機械的分析装置。 - 【請求項２７】 各組の１０個の連続する位置信号が合
計され、第１の速度の１０分の１の速度の第２の速度で
位置信号を提供する請求項２６に記載の機械的分析装
置。 - 【請求項２８】 スライドに加えられた駆動力の大きさ
を決定する手段から生じた位相信号が蓄積され第２の速
度で１６ビットの正弦値と余弦値に変換される請求項２
７に記載の機械的分析装置。 - 【請求項２９】 １６ビットの大きさ信号が、較正電位
差計が２つの直角位相出力信号の相対的の大きさを調節
するため調節できるように表示される請求項２８に記載
の機械的分析装置。 - 【請求項３０】 可動標本締結組立体と固定標本締結組
立体とが標本室の中にあり、標本室の周りにらせん状に
巻かれた薄い反射材料のシートをさらに具備し、前記シ
ートがらせん状に巻かれたシートの連続した層の間の分
離を維持する複数の小さな突起を具備している、請求項
２８に記載の機械的分析装置。 - 【請求項３１】 薄い反射材料のシートが薄いステンレ
ス鋼のシートである請求項３０に記載の機械的分析装
置。 - 【請求項３２】 モーターが内部の芯体と、内部の芯体
と永久磁石との間に第１の端部と第２の端部とを有する
空気の間隙とを具備し、空気の間隙が第２の端部よりも
第１の端部が広くなるよう傾斜されている請求項２８に
記載の機械的分析装置。 - 【請求項３３】 可動コイルに電流を供給する扁平なワ
イヤをさらに具備し、スライドが上下に動くにつれて扁
平なワイヤがスライドに摩擦のない転動で接触するよう
にしている請求項２８に記載の機械的分析装置。 - 【請求項３４】 第１の複数の底部空気軸受と第２の複
数の頂部空気軸受の各々が調節ねじによりスライドの表
面に当接するよう配置されている請求項２８に記載の機
械的分析装置。 - 【請求項３５】 フレームの頂部の近くでフレームに取
付けられた頂部抵抗加熱要素と、フレームの底部の近く
でフレームに取付けられた底部抵抗加熱要素と、フレー
ムの頂部に取付けられフレームの頂部に密接する熱補償
プレートとをさらに具備し、頂部加熱要素と底部加熱要
素とが一定のフレーム温度を維持するよう調整される請
求項２８に記載の機械的分析装置。 - 【請求項３６】 可動標本締結組立体と固定標本締結組
立体とが標本室の中にあり、標本室の周りに円形に離間
して配された複数の垂直のセラミック絶縁体のロッド
と、セラミック絶縁体ロッドを相互に連結し円筒状の篭
を形成するセラミック絶縁体ロッドの各端部のリング
と、セラミック絶縁体ロッドの周りにらせん状に巻かれ
た加熱要素とからなる、加熱組立体をさらに具備してい
る請求項２８に記載の機械的分析装置。 - 【請求項３７】 可動標本締結組立体と固定標本締結組
立体が標本室の中にあり、標本室を取巻く内壁と内壁を
取巻き内壁と外壁との間に環状の空洞を形成する外壁と
を有する環状の冷却ジャケットをさらに具備している請
求項２８に記載の機械的分析装置。 - 【請求項３８】 環状空洞が仕切りにより下室と上室に
分割され、前記仕切りがその周りに均一の間隔で配され
た一連の小さな孔を具備している請求項３７に記載の機
械的分析装置。 - 【請求項３９】 標本室の周りにらせん状に巻かれた薄
い金属のシートをさらに具備し、前記金属シートがらせ
ん状に巻かれた金属シートの連続した層の間に０．０２
インチから０．１２５インチ（０．５１mmから３．１８
mm）の分離を維持する複数の小さな突起を具備している
請求項２８に記載の機械的分析装置。 - 【請求項４０】 金属シートが０．００１インチと０．
００５インチ（０．０２５４mmと０．１２７mm）の間の
厚さのステンレス鋼のシートである請求項３９に記載の
機械的分析装置。 - 【請求項４１】 機械的分析装置であって、 （ａ）フレームと （ｂ）固定された磁石と可動磁石とを具備するリニアモ
ーターであって、固定磁石が機械的分析装置のフレーム
に取付けられ、固定磁石と可動磁石の少なくとも一方が
コイルを有する電磁石であるリニアモーターと、 （ｃ）第１の端部と第２の端部とを有するスライドであ
って、可動磁石がスライドの第２の端部に堅く取付けら
れ、コイルに加えられた電流によりコイルがスライドに
駆動力を加えるようにしている、スライドと、 （ｄ）スライドに加えられた駆動力の大きさをコイルに
加えられた電流を制御することにより制御する手段と、 （ｅ）スライドに加えられた駆動力の大きさを決定する
手段と、 （ｆ）フレームに取付けられた光源とスライドに取付け
られた光変調器とフレームに取付けられた光検知装置と
を具備する光エンコーダであって、光源により発せられ
た光ビームが光変調器により調整され光検知装置に案内
され、それにより光検知装置が、スライドがフレームに
対し動かされるにつれて調整された出力信号をつくり出
すようにしている、光エンコーダと、 （ｇ）少なくとも１つの空気軸受であって、少なくとも
１つの空気軸受が、スライドが一方向にのみ摺動できる
ようスライドを拘束している少なくとも１つの空気軸受
と、 （ｈ）第１の端部と第２の端部とを有する駆動ロッドで
あって、駆動ロッドの第２の端部がスライドに取付けら
れている、駆動ロッドと、 （ｉ）駆動ロッドの第１の端部に堅く取付けられた可動
標本締結組立体と、 （ｊ）支持構造に堅く取付けられた固定した標本締結組
立体であって、前記支持構造がフレームに取付けられて
いる固定標本締結組立体と、 （ｋ）光検知装置から調整された出力信号を受け取り電
子信号と組合せて出力信号をつくり出し出力信号をデジ
タル角度信号とデジタル大きさ信号とに変換する手段
と、 （ｌ）デジタル角度信号を補間してスライドのための補
間された位置を計算する手段と、 （ｍ）スライドの補間された位置に基づき標本の材料特
性をスライドに加えられた駆動力の大きさの関数として
計算する手段、 とを具備している機械的分析装置。 - 【請求項４２】 固定された磁石が永久磁石であり可動
磁石が電磁石である請求項４１に記載の機械的分析装
置。 - 【請求項４３】 光変調器が回折格子である請求項４１
に記載の機械的分析装置。 - 【請求項４４】 スライドが矩形断面を有し、少なくと
も１つの空気軸受が２組の４つの空気軸受を具備してい
る請求項４１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項４５】 可動標本締結組立体と固定標本締結組
立体とが標本室の中にあり、標本室の周りにらせん状に
巻かれた薄い金属のシートをさらに具備し、前記金属の
シートがらせん状に巻かれたシートの連続した層の間の
分離を維持する複数の小さな突起を具備している請求項
４１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項４６】 固定された磁石が永久磁石であり、モ
ーターが内部の芯体と、内部の芯体と永久磁石との間に
第１の端部と第２の端部とを有する空気の間隙とを具備
し、空気の間隙が第２の端部より第１の端部が広くなる
よう傾斜されている請求項４１に記載の機械的分析装
置。 - 【請求項４７】 可動コイルに電流を供給する扁平なワ
イヤをさらに具備し、スライドが上下に動くにつれて扁
平のワイヤがスライドと摩擦のない転動で接触するよう
にしている請求項４１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項４８】 フレームがエラストマーの振動絶縁取
付け台に取付けられている請求項４１に記載の機械的分
析装置。 - 【請求項４９】 エラストマーの絶縁取付け台上の機械
的分析装置の振動の自然周波数が機械的分析装置を支持
する構造物の共振周波数よりも低くなっている請求項４
８に記載の機械的分析装置。 - 【請求項５０】 可動標本締結組立体と固定標本締結組
立体とが標本室の中にあり、標本室の周りに円形に離間
して配された複数の垂直のセラミック絶縁体ロッドと、
セラミック絶縁体ロッドを相互に連結し円筒状の篭を形
成するセラミック絶縁体ロッドの各端部のリングと、セ
ラミック絶縁体ロッドの周りにらせん状に巻かれた加熱
要素とからなる加熱組立体をさらに具備している請求項
４１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項５１】 可動標本締結組立体と固定標本締結組
立体とが標本室の中にあり、標本室を取巻く内壁と内壁
を取巻き内壁との間に環状の空洞を形成する外壁とを有
する環状の冷却ジャケットをさらに具備している請求項
４１に記載の機械的分析装置。 - 【請求項５２】 環状空洞が仕切りにより下室と上室と
に分割され、前記仕切りがその周りに均一の間隔で配さ
れた一連の小さな孔を具備している請求項５１に記載の
機械的分析装置。 - 【請求項５３】 前記孔が、仕切りの孔の全面積が仕切
りの全面積の約１０％より大きくない全面積を有してい
ることを特徴とする請求項５２に記載の機械的分析装
置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US08/609,547 US5710426A (en) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Dynamic and thermal mechanical analyzer having an optical encoder with diffraction grating and a linear permanent magnet motor |
| US08/609547 | 1996-03-01 |
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| JP04658497A Expired - Lifetime JP4028019B2 (ja) | 1996-03-01 | 1997-02-28 | 機械的分析装置 |
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