JP2015155902A - 試料の長さ変化及び／又は試料にかかる変形力を測定するための装置並びに方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の長さ変化及び又は試料にかかる変形力を測定するための装置並びに方法を提供する。【解決手段】装置10は、長手方向Ｌに延在すると共に、測定時に所定の力を試料Ｐに作用させる及び又は変形をもたらす端部14を有するプッシュロッド12と、測定時に長手方向Ｌにおける試料Ｐの長さ変化により生じるプッシュロッド12の運動、又は長手方向Ｌにおける試料Ｐの変形に伴う変形力を測定するための測定装置20を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、試料の長さ変化及び／又は試料にかかる変形力を測定するための装置並びに方法に関する。本発明の装置及び方法は、特に、熱機械分析（以下「ＴＭＡ」とも称する）に、又は動的機械分析（以下「ＤＭＡ」とも称する）に適用されるものである。

ＴＭＡでは、試料「例えば個体、液体又はペースト状物質」における寸法変化が、所定の機械的荷重下における温度及び／又は時間の関数として判明する。

ＤＭＡでは、試料にかかる変形力が、所定の動的な機械的変形量下における温度及び／又は時間の関数として判明する。

この場合に「変形力」及び「変形量」とは、（試料が変形する）力又は経路として測定及び処理でき、（試料が変形する）力又は経路として理解することができる。狭義における標準的なＤＭＡにおいて、試料は、経時的に正弦曲線状に変化する変形量（変形経路）に晒される。この場合に「変形力」及び「変形量」は、（正弦曲線状に変化する変形力の）「力振幅」又は（正弦曲線状に変化する変形経路）の「経路振幅」として特徴付けることもできる。

ＴＭＡ及びＤＭＡは、物質の例えば特性、組成、構造、製造条件及び利用性に関する貴重な情報をもたらし得るものである。

ＴＭＡの適用分野としては、プラスチック（例えばエラストマ）、塗料及びラッカー、複合材料、接着剤、フィルム、繊維、セラミックス、ガラス並びに金属に関する特性評価を例示することができる。

ＤＭＡは、例えば、材料の弾性又は粘弾性挙動を特徴付ける、材料の粘弾性特性（モジュラス、損失係数、減衰量など）又は温度を判定するために適用することができる。

上述したＴＭＡ及びＤＭＡの適用例に加えて、本発明は、例えばいわゆる緩和測定にも適用することができる。このような緩和測定では、試料にかかる変形力が、所定、特に例えば一定の機械的変形負荷下における温度及び／又は時間の関数として測定かつ記録される。

冒頭に述べたタイプに関する多種多様な装置及び方法が従来既知ではあるが、このような装置及び方法に対する改善需要は、例えば簡単で信頼性が高く、しかも可及的に高精度な測定を行うという点に関して、特にＴＭＡ及び／又はＤＭＡとの関連で依然として存在している。

本発明の課題は、試料の長さ変化を予め設定した力負荷で、及び／又は、試料にかかる変形力を予め設定した変形量で、特に簡単で信頼性が高く、しかも精度良く測定できる冒頭に述べたタイプの装置及び方法を提供することである。

本発明の第１態様によれば、この課題は、以下に長手方向と称する方向に所定の力負荷をかけた試料の長さ変化を測定するための装置により解決される。該装置は、長手方向に延在すると共に、測定時に所定の力を試料に作用させる端部を有するプッシュロッドと、測定時に長手方向における試料の長さ変化により生じるプッシュロッドの運動を測定する測定装置とを備え、該測定装置は、
・固定ベースと、
・ガイド装置により固定ベース上に取り付けられることで、固定ベースに対して長手方向に移動可能であると共に、プッシュロッドが取り付けられるか又は取り付けられたプッシュロッドベースと、
・（所定の力を調整するよう）プッシュロッドベースを固定ベースに対して長手方向に駆動するための制御可能な駆動装置と、
・プッシュロッドが試料に作用させる力を検出するための力測定装置と、
・ベースに対するプッシュロッドの長手方向の運動を測定するための経路センサと、
・所定の力負荷に従って、力測定装置で検出される力に依存して駆動装置を制御するよう構成された制御装置とを備える。

本発明の装置は、特にＴＭＡ装置内で使用できると共に、有利には、比較的簡単に構成することができる。この場合、所定の力負荷だけでなく長さ変化の測定に関しても、高い精度が達成可能である。

本明細書における用語「所定の力負荷」とは、原則として、プッシュロッドにより試料に作用する張力だけでなく圧縮力の何れをも指すことに留意されたい。

最も単純なケースにおける力とは、例えばＴＭＡにおいて、温度範囲全体又は時間全体に亘って一定に維持される力を指す。ただし力負荷は、経時的に変化するものも指す。

更に、所定の力に従って試料に作用させる力は、原則として（技術的に可能な範囲で）任意に小さくできることに留意されたい。従って本発明の装置は、「顕著な大きさ」の力負荷（例えば、0.5Nを超える値、特に約3〜5Nなどの1Nを超える値）がかかる「狭義」のＴＭＡに特に有利に使用することができるだけでなく、試料における狭義の長さ変化が、僅かな力負荷（例えば、最大で0.5Nの力）下で算出されるいわゆる「膨張率測定」にも特に有利に使用することができる。

この点に関して、本明細書における用語である熱機械分析又はＴＭＡは、基本的には、膨張率測定を特殊なケースとして含むものとして理解することができる。

更に、測定においては、関連する試料の長さ又は長さ変化以外に、試料における１つ以上の他の物性が、好適には試料の長さ又は長さ変化と共に、検出され、時間の関数として記録されることも排除されないことに留意されたい。

一実施形態において、プッシュロッドにより試料に作用させる力は、最大で10mN、特に最大で1mNの分解能で検出される。

（狭義の）膨張率測定に関して特に好適な実施形態において、作動的に調整可能な力又は測定時に調整される力は、50mNよりも大きく、特に100mNよりも大きいが、1Nよりも小さく、特に最大で0.5Nである。

（狭義の）ＴＭＡに関して特に好適な実施形態において、作動的に調整可能な力又は測定時に調整される力は、5mNよりも大きく、特に10mNよりも大きいが、10Nよりも小さく、特に最大で5Nである。

一実施形態において、制御装置は、作動モードに従って、一定の力負荷を測定全体に亘って試料にかけるよう構成されている。

一実施形態において、制御装置は、（場合によって異なる）作動モードに従って、可変の力負荷を測定時に試料に加えるよう構成されている。この実施形態は、「力を変調したＴＭＡ」において「変調した力負荷をかけた」試料の長さ変化を測定する上で特に有利である。これにより、試料をより詳細に特徴付けることができるからである。

ＴＭＡにおける使用においては、例えば、時間的に周期的な力（例えば、傾斜状、正弦曲線状、三角形状、矩形状又はパルス状の変化を示す）を、作動モードに従って予め設定することができ、この場合にこのような力の変調の時間は、例えば、ＴＭＡ測定時間（この測定時間内で、試料に関して、例えば使用者が予め設定した「温度プログラム」の工程が完了する）よりも大幅に短いものとすることができる。

「（周期的）に力を変調したＴＭＡ」の実施形態において、力変調周波数は、0.0001Hz〜4Hz、特に0.0002Hz〜2Hzの範囲とする。

一実施形態において、ＴＭＡの測定時間は、15分〜40時間、特に30分〜30時間の範囲とする。

本発明の第２態様によれば、冒頭に述べた課題は、以下に長手方向と称する方向に所定の程度に変形させた試料における変形力を測定するための装置により解決される。該装置は、長手方向に延在すると共に、測定時に所定の変形量をもたらす端部を有するプッシュロッドと、測定時に長手方向における試料の変形に伴う変形力を測定する測定装置とを備え、該測定装置は、
・固定ベースと、
・ガイド装置により固定ベース上に取り付けられることで、固定ベースに対して長手方向に移動可能であると共に、プッシュロッドが取り付けられるか又は取り付けられたプッシュロッドベースと、
・（所定の変形量を調整するよう）プッシュロッドベースを固定ベースに対して長手方向に駆動するための制御可能な駆動装置と、
・プッシュロッドが試料に作用させる力を検出するための力測定装置と、
・ベースに対するプッシュロッドの長手方向の運動を測定するための経路センサと、
・所定の変形量に従って、経路センサで検出される運動に依存して駆動装置を制御するよう構成された制御装置とを備える。

特にＤＭＡ装置又は緩和測定を行うための装置で用いることができる、この装置は、上述したＴＭＡ又は膨張率測定に使用可能な装置と比べた場合に、「制御装置」、すなわち（駆動装置用の）「アクチュエータ信号」を生成するための（力測定装置若しくは経路センサ）からの「センサ信号」の処理形式が異なる。

このような事情を考慮すれば、本発明により、本発明の第１態様に係る特徴を全て有する装置と、本発明の第２態様に係る特徴を全て有する装置を提供し、これにより例えばＴＭＡ又は膨張率測定及びＤＭＡの何れにも使用可能な装置を得ることもできる。この目的のためには、単に、所定の力負荷に従って、力測定装置で検出される力に依存して駆動装置が「第１作動モード」で制御されるよう制御装置を構成すると共に、所定の変形量に従って、経路センサで検出される運動に依存して駆動装置が「第２作動モード」で制御されるよう制御装置を構成すればよい。

ただし、実際の使用において重要な作動パラメータ、例えば試料にかける力負荷又は変形負荷と、場合により設定する力負荷又は変形負荷における力変調は、一方でＴＭＡ及び膨張率測定に関して、他方でＤＭＡに関して、基本的には異なるよう選択しなければならないため、ＴＭＡのために最適化された装置と、ＤＭＡのために最適化された装置を個別に構成するのが望ましい。

本発明の第２態様に係る装置の実施形態によれば、「変形量」とは、経時的に正弦曲線状に変化すると共に、プッシュロッドにより（変形量変化の周波数と一緒に）もたらされる振幅のことであり、また「変形力」とは、変形量に対応して経時的に正弦曲線状に変化すると共に、プッシュロッドにより（好適には、変形量に関連する位相のシフトを伴って）伝達される変形力の振幅のことである。

単純なケースにおいて、所定の変形量とは、例えばＤＭＡに際して、温度範囲全体又は時間全体に亘って一定に維持される周波数及び振幅を伴って、正弦曲線状に変化する変形経路のことを指す。

従って、一実施形態における制御装置は、作動モードに従って、一定の程度の変形を測定全体に亘って試料に加えるよう構成されている。特に、ＤＭＡ測定における「一定の変形量」とは、周期的（例えば正弦曲線状）に変化する変形経路の振幅を意味し得る。ただし「一定の変形量」とは、例えば緩和測定における一定の変形経路の意味として理解することもできる。このような緩和測定では、試料にかかる変形力が、一定の機械的変形負荷下における温度及び／又は時間の関数として測定かつ記録される。

ただし上述した点とは異なり、所定の変形量は、経時的に変化する経路周波数及び／又は経時的に変化する経路振幅としてもたらすこともできる。

従って、一実施形態における制御装置は、（場合により異なる）作動モードに従って、可変の変形量を測定全体に亘って試料に加えるよう構成されている。特に、ＤＭＡ測定における「可変の変形量」とは、周期的（例えば正弦曲線状）に変化する可変の変形経路の振幅を意味し得る。ただし「可変の変形量」とは、例えば緩和測定における可変の変形経路の意味として理解することもできる。このような緩和測定では、試料にかかる変形力が、一定の機械的変形負荷下における温度及び／又は時間の関数として測定かつ記録される。

ＴＭＡの場合と同様に、本発明の範囲においては、ＤＭＡ（又は例えば緩和測定）の場合にも、関連する試料の変形力以外に、試料における１つ以上の他の物性が測定時に検出され、好適には、変形力と共に時間の関数として記録される点も排除されないことに留意されたい。

ＤＭＡに関して特に好適な実施形態において、（周期的、特に例えば正弦曲線状に変化する変形経路のための）作動的に調整可能な変形経路振幅又は測定時に調整される変形経路振幅は、10nmよりも大きく、特に100nmよりも大きいが、5mmよりも小さく、特に最大で0.5mmである。

一実施形態において、力測定装置により検出される力は、最大で2mN、特に最大で1mNの分解能で処理される。

一実施形態において、制御装置は、ＤＭＡ作動モードに従って、正弦曲線状に変化する変形経路を、測定全体に亘って一定の変形経路周波数でもたらすよう構成されている。

一実施形態において、制御装置は、（場合により異なる）ＤＭＡ作動モードに従って、正弦曲線状に変化する変形経路を、測定に亘って変化する変形経路周波数でもたらすよう構成されている。

この場合に変形経路周波数は、例えば、0.005Hz〜1000Hz、特に0.01Hz〜100Hzの範囲とすることができる。

一実施形態において、ＤＭＡの測定時間は、10分〜15時間、特に30分〜４時間の範囲とする。

本発明において、ガイド装置は、（プッシュロッドが取り付けられているか又は取り付けることができる）プッシュロッドベースのための取り付け部として、プッシュロッドベースが固定ベースに対して長手方向に移動できるよう使用される。この運動により、所定の力を試料に作用させるか又は所定の変形量を試料にもたらすことが可能になる。

ガイド装置の構成に関しては様々なものがある。ガイド装置は特に、従来既知のいわゆる「リニアガイド」の原理に従って構成した場合に好適に機能する。

この場合にガイド装置は、少なくとも１個の「ガイドレール」（特にガイドプロファイル）を備えることができる。このガイドレールは、長手方向に直線状に延在すると共に、ベースに一体的に構成されているか又は例えばねじでベースに堅固に結合され、またガイドレール上には、通常は「キャリッジ」と称する「ガイド部分」がガイドされる。

この長手方向におけるガイド部は、例えば既知の態様において、キャリッジ及びガイドレール間（キャリッジ及びガイドレール相互に対応するプロファイル）で摺動摩擦を伴う場合がある。代替的又は付加的には、ガイドレールとキャリッジとの間にローラ軸受（例えばボール軸受又はニードル軸受）を使用することができる。

本発明との関連において、上述した「リニアガイド」の原理に従ったガイド装置の構成、即ち、例えば１個以上の（並列に延在する）既知のリニアガイド装置としての配置における大きな利点は、リニアガイドの原理が、ガイド装置がプッシュロッドベースを固定ベースに対して移動可能に支持する長さ（以下に「ガイド行程」と称する）に関して基本的には制限されておらず、従って大きな横断経路を有利に可能にすることである。

この原理の更なる利点は、ガイド原理により、（通常は長手方向に直交する）「横断運動」がガイド運動時に必ずしも生じないことである。

比較的大きく（例えば数cmと）することができる上述のガイドストロークは、有利には、関連する試料の長さ変化（比較的小さい場合が多い）を測定するために利用できるだけでなく、その一方、（例えば試料の長さ変化等の実際の測定前に）比較的大きな試料長さを測定するためにも利用できる。

一実施形態において、プッシュロッドベースは、ガイド装置によって直接にガイドされるキャリッジと、プッシュロッドに直接に結合可能又は結合されたプッシュロッド保持部を含み、またキャリッジ及びプッシュロッド保持部は、変形可能な弾性体によって互いに結合されている。

この実施形態の利点は、測定時における所定の力又は所定の変形量を、キャリッジ及びプッシュロッド保持部の間における結合が堅固な場合に比べて、「より細かく設定」できることである。変形可能な弾性体の弾性が大きいほど、例えばＴＭＡにおいて、所定の力又力変化に到達するのに必要なキャリッジの横断経路が大きい。

一実施形態において、力測定装置は、弾性体の変形量を測定するための変形測定装置として構成されている。

このように、弾性体は特にＴＭＡにおいて、有利には２つの機能を有する。即ち、一方では、キャリッジの運動を試料に作用する力に変換するための変換特徴として機能し、他方では、力測定のための機能要素として機能する。

力測定にも使用されるこのような弾性体の具体的な構成に関して、有利には、従来既知の適切な構成を利用することができる。このような要素、即ち内部又は外部に統合された力センサを有する弾性体は、例えば「ロードセル」、特にいわゆるプラットフォームロードセルとして知られ、市販されているものである。このような従来既知の力センサを、本発明において有利に使用することができる。

弾性体は、プラスチック材料又は金属材料で、例えば撓みストリップ状、撓みストラットアセンブリ状、又は「より中実」な形状、例えばキューブ状に構成することができる。キューブ状とした場合、全てのエッジ長さは、平均エッジ長さと比べて、（例えば図面を参照して以下に述べる実施形態のように）大幅に異なることはない（例えば３倍未満）。

弾性体をキューブ状とした場合、特に弾性体が金属材料で構成されている場合、脆弱な部分を得るために中央領域の材料に切り欠きを設けておき、これにより中実な材料よりも大きな弾性を得ることが有利であり得る。

一実施形態において、キャリッジ及びプッシュロッド保持部間に機械的なストッパが設けられることにより、キャリッジ及びプッシュロッド保持部間の相対運動が、ひいては弾性体の変形が限定されている。これにより、弾性体又はロードセルにおける機械的な過負荷を有利に回避することができる。

構造的に単純な実施形態において、機械的なストッパを実現するために、キャリッジは、該キャリッジから突出するストッパノーズと共に構成されているか、又は該ストッパノーズが設けられている。この場合にストッパノーズの遠位端は、（最大許容可能な）変形量に到達したときに、プッシュロッド保持部におけるストッパ面に当接する。この目的のために、ストッパノーズの遠位端は、例えばプッシュロッド保持部において対応する寸法とした凹部に係合させることができる。これとは逆の配置とすることもできる。即ちこの場合、ストッパノーズはプッシュロッド保持部から突出し、特定の変形量に到達したときに、ストッパノーズの遠位端が、接触面に接触する。ストッパ面はキャリッジ（の例えば対応の凹部）に設けられる。

ＴＭＡでの使用に関して特に有利な実施形態において、駆動装置は、固定ベースに対してプッシュロッドベースを段階的に調整するためのステップモータ、特に例えば圧電ステップモータを備える。

ステップモータには、例えば、装置におけるソフトウェア制御システムの一部としての制御が、簡単かつ精度良く行えるという利点がある。

ＤＭＡでの使用に関して特に有利な実施形態において、駆動装置は、振動モータ又は振動アクチュエータ、特に、例えば、とりわけ正弦曲線状かつ経時的に振動するプッシュロッドベースを、固定ベースに対して移動させるプランジャコイル装置を備える。これにより装置が「ＤＭＡ試験」に使用される場合、制御装置により、モータ作動に関する所定の変形量振幅及び周波数を制御することができる。

好適な実施形態において、制御装置はプログラム制御された制御装置として構成され、この制御装置により、装置の作動時に駆動装置（例えばステップモータ、プランジャコイル）を制御するために機能する制御信号が生じる。

ＴＭＡのケースでは、情報（例えば、力測定装置により検出される力を代表するデジタル信号）が測定時に上述の制御装置に入力され、該入力信号に基づいて駆動装置用の制御信号が生成される。

ＤＭＡの場合では、情報（例えばデジタル信号）が測定時に上述の制御装置に入力され、該入力信号に基づいて駆動装置用の制御信号が生成される。この情報は経路センサにより決定される運動（例えば変形経路、又は振動運動の場合には変形経路振幅及び周波数）を表す。

弾性体に取り付けられた歪ゲージが設けられた市販のロードセルは、例えばアナログの力測定信号を提供することができ、このアナログ信号は、アナログ／デジタルコンバータによって変換された後に制御装置に送信される。「ＤＭＡ試験」のケースでは、例えばこのようなアナログ／デジタル変換の前又は後に、振幅及び周波数又は位相のシフトを算出するための信号処理が行われる構成とすることができる。

これにより、制御装置内で動作する制御プログラムを用いて、本発明において必要とされる駆動装置の制御が可能になり、「ＴＭＡ試験」のケースでは、所定の力負荷に従って、力測定装置で検出される力に依存して駆動装置が制御可能になり、また「ＤＭＡ」のケースでは、所定の変形量に従って、経路センサで検出される変形量に依存して駆動装置が制御可能になる。

プログラム制御された制御装置は、力負荷又は変形負荷の選択に関しても、即ちＴＭＡのケースであれば例えば時間依存的な可変（代替的には一定）の力曲線の選択に関しても、極めて有利に使用することができる。

好適には、制御装置又は該制御装置で動作する制御プログラムは、適切なマンマシンインターフェース（例えばキーボードやモニター）により、使用者が、所望の力負荷又は変形負荷を選択できるよう構成されている。この場合に選択された負荷は、所定の力負荷又は変形負荷に従って、力測定装置で検出される力又は経路センサで検出される変形量に依存して駆動装置を制御するために、測定時に制御装置に使用される。

「ＴＭＡ試験」において、「所定の力負荷に従って、力測定装置で検出される力に依存する」駆動装置の制御は、調節（制御）と称することもできる。即ち、この場合の調節により、力測定装置で検出され、かつ実際に試料に作用する力（実際値）が駆動装置を使用して調整されることにより、実際値が選択された力負荷、換言すれば選択された一定の又は時間的に変化する力（設定値）と一致する。

このことは、「ＤＭＡ試験」にも当てはまることである。ＤＭＡ試験では、（経路センサで測定された）試料における実際の変形量、換言すれば「実際値」は、駆動装置を使用して調整されることにより、選択された変形量「設定値」、例えば特定の振幅及び周波数で時間的に変化する変形経路と一致する。

このような制御（調節）又は特定の制御特徴（例えばＰ制御、PI制御、PID制御）の詳細は、有利には、上述した制御プログラムを使用して選択することができ、必要があれば使用者が調整を加えることができる。

一実施形態において、ベースに対するプッシュロッドの長手方向の運動を測定する経路センサは、光学的な経路測定システムで構成されている。好適には、この場合の光学的な経路測定システムは非接触で作動させることにより、有利には、経路測定部からプッシュロッド又は該プッシュロッドに結合された装置の要素に、測定結果を歪曲する力が作用することがない。

一実施形態において、光学的な経路測定システムは、リニア測定スケールと、接続されたリニアエンコーダ電子機器を有するセンサとを備え、この場合にリニア測定スケールは、長手方向においてプッシュロッドか若しくは該プッシュロッドに結合された部分にせん断抵抗を有する状態で接続され、センサは、固定的に配置されている、又はその逆である。

プッシュロッドにせん断抵抗を有する状態で長手方向に結合された部分は、特に上述したプッシュロッド保持部とすることができる。プッシュロッド保持部は特に、上述した弾性体により、「リニアガイド部」として構成されたガイド装置のキャリッジに結合可能とするのが好適である。

好適には、経路センサによるプッシュロッド運動の測定は、最大で10nmの分解能、より好適には最大で1nmの分解能又はさらに最大で0.1nmの分解能で行われる。

本発明において、経路におけるこのような分解能は、経路センサの測定範囲全体（例えば少なくとも5mm、特に少なくとも10mm）に亘って（例えば上述したリニア測定スケール及びセンサを備える、経路センサを使用することで）有利に達成することができる。

本発明に係る実施形態における装置は更に、温度調整可能な試料チャンバを備え、この試料チャンバは、試料を取り付けるために、試料チャンバ内に設けられた試料ホルダを備え、また制御装置は更に、測定に際して、試料チャンバにおける所定の時間依存的な温度調整を制御できるよう構成されている。この実施形態によれば、装置は、熱機械分析（ＴＭＡ）又は動的機械分析（ＤＭＡ）を行うための装置として構成されている。

この装置にとって必要な試料チャンバにおける時間依存的な温度調整は、上述した制御装置により有利に制御することができる。

ＴＭＡ装置の場合には、制御装置内で動作する制御プログラムは、特に以下のものを入力要素として受け取ることができる。即ち、
・測定前において、「ＴＭＡ測定プログラム」を規定するために、使用者による入力事項、例えば温度調整用の温度の経時的な変化及び力負荷と、
・測定に際して、力測定装置で検出された力を代表する信号と、
・測定に際して、経路センサで検出された試料の長さ変化を代表する信号と、
・測定に際して、（ＴＭＡ装置に関して知られているように、温度制御をもたらすために）試料チャンバで検出した及び／又は直接に試料で検出した、温度を代表する信号とである。

制御プログラムは、測定時に出力要素として以下のものを提供することができる。即ち、
・（例えば電気ヒータにより）試料チャンバにおける温度調整を制御するための制御信号と、
・駆動装置を制御するための制御信号とである。

ＴＭＡ測定に際して、試料温度及び経路センサで検出された試料の長さ変化は、時間分解的に記録される。

上述した点とは異なり、ＤＭＡ装置の場合には、制御装置内で動作する制御プログラムは、測定前において、「ＤＭＡ測定プログラム」（例えば温度調整用の温度の経時的な変化、所望の変形量）を規定するために、使用者による１つ以上の入力要素を受け取ることができ、また（「ＴＭＡ試験ではなく」）「ＤＭＡ試験」に従って駆動装置の制御を行う。ＤＭＡ測定に際して、試料温度、及び力測定装置で検出された試料における変形力は、時間分解的に記録される。（この場合に「変形力」とは、上述したように、好適には変形力の振幅及び変形力に関連する位相のシフトを指す。）

本発明の他の態様によれば、例えば試料の長さ変化を測定するＴＭＡに適用可能な方法が提供される。この方法において、試料には、以下に長手方向と称する方向に所定の力負荷をかけ、この所定の力は、長手方向に延在するプッシュロッドにより試料に作用させ、また長手方向における試料の長さ変化により生じるプッシュロッドの運動を測定し、更にプッシュロッドが固定されたプッシュロッドベースの駆動は、固定ベースに対して長手方向に行い、この場合の駆動は、所定の力負荷に従って、プッシュロッドにより試料に作用させ、かつ力測定装置で検出される力に依存して行う。

本発明の更に他の態様によれば、例えば所定の程度に変形させた試料における変形力を測定するＤＭＡに適用可能な方法が提供される。この方法において、試料は、以下に長手方向と称する方向に所定の程度に変形させ、試料における所定の変形量は、長手方向に延在するプッシュロッドによりもたらし、また長手方向における試料の変形に伴う変形力を測定し、更にプッシュロッドが固定されたプッシュロッドベースの駆動は、固定ベースに対して長手方向に行い、この場合の駆動は、所定の変形量に従って、プッシュロッドにより試料にもたらされ、かつ経路センサで検出される運動に依存して行う。

本発明に係る装置の２つの変形例との関連で、上述した特徴又は実施形態及び構成は、個別又は任意に組み合わせて、本発明に係る方法におけるこれら２つの変形例（「ＴＭＡ試験」又は「ＤＭＡ試験」）にも同様に適用することができる。

本発明の更に他の態様によれば、ＴＭＡ装置又はＴＭＡ法との関連で、試料の長さ変化を測定するための上述したタイプの装置及び／又は方法の使用が提供される。

本発明の更に他の態様によれば、ＤＭＡ装置又はＤＭＡ法との関連で、試料における変形力を測定するための上述したタイプの装置及び／又は方法の使用が提供される。

本発明に係るこれらの使用及び方法において、一実施形態では、試料の長さ変化又は試料における変形力の測定前に、経路センサで試料の長さを測定することも可能である。この目的は、本発明においては以下の流れで行われる。

まず（試料が装置内に配置されていない）最初に、制御装置は、（使用者による入力に応じて、）プッシュロッドが、該プッシュロッド端が固定的な面（ストッパ面）に衝合するまで、試料保持部（例えば試料ホルダ又は固定的な試料ストッパ面）方向に横断するよう制御する。この場合の衝合は、測定された力（の急激な増加）及び／又は経路センサ信号（の経路に変化がなくなること）を評価することにより、簡単に検出可能である。

次いで、制御装置がプッシュロッドを後退させるよう制御することにより、試料を試料ホルダ保持部領域に導入できるスペースを与える。この後退に際して、横断距離が経路センサで検出される。多くのケースにおいて、後退は少なくとも1cm、場合により少なくとも2cm又は3cmの距離で行われるのが好適である。横断経路は、最大で5cmあれば基本的に十分である。

その後、試料を上述したストッパ面に隣接するよう配置した後、プッシュロッドは、試料に衝合するまで試料保持部に向けて再び横断させる（この場合の衝合の検出も、力測定及び／又は経路距離測定を利用する）。この横断に際して必要な横断距離は、やはり経路センサで検出される。

このように、検出された２つの経路距離差により、試料の長さに関する情報が判明する。この試料の長さは制御装置により計算され、例えば使用者のために出力すること及び／又は（後の評価に際して考慮に入れるために）制御装置に記録することができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施形態に基づいて詳述する。

試料の長さ変化を測定するための第１実施形態に係る装置を示す斜視図である。 第１実施形態に係る装置を示す側面図である。 第１実施形態に係る装置を示す他の斜視図である。 第１実施形態に係る装置を示す他の側面図である。 試料の長さ変化を測定するための第２実施形態に係る装置を示す斜視図である。 第２実施形態に係る装置を示す側面図である。 第２実施形態に係る装置を示す他の斜視図である。 第２実施形態に係る装置を示す他の側面図である。 試料の長さ変化を測定するための第３実施形態に係る装置を示す斜視図である。 第３実施形態に係る装置を示す側面図である。 第３実施形態に係る装置を示す他の側面図である。 試料の長さ変化を測定するための装置に使用する、撓み補償性の柔軟体における「直列配置」を示す略図である。 試料の長さ変化を測定するための装置に使用する、撓み補償性の弾性体における「並列配置」を示す略図である。

図１〜図４は、試料の長さ変化を測定するための装置10の第１実施形態を示す。この場合に装置10は、いわゆる熱機械分析（ＴＭＡ）との関連で使用され、従ってＴＭＡ装置の一部を構成している。

図１において、ＴＭＡ装置の他の構成要素、即ちＴＭＡ測定が実施される試料Ｐを収容し、かつ温度調整用の炉３内における試料ホルダ１は破線で示す。

（この場合は、例えば炉３内における試料Ｐの加熱又は冷却による）長さ変化の計測は、以下において長手方向と称し、図１に両方向の矢印Ｌで示す方向において行う。測定においては更に、やはり試料の長手方向Ｌに作用する所定の力負荷を試料Ｐにかける。

図示のＴＭＡ測定装置の実施形態において、用語「力負荷」とは、試料Ｐに作用する時間依存的な力を意味するものである。この力負荷は、長さ（変化）測定に際して、経時的な温度曲線（「温度プログラム」）とともに予め設定される。

装置10は、測定に際して、プッシュロッド端14により所定の力（この場合は圧縮力）を試料Ｐに作用させるプッシュロッド12を備える。

この用途において、プッシュロッドは、できるだけ僅かな熱膨張性を有するか又は少なくとも明確に規定された熱膨張性を有するのが望ましい。これにより、熱膨張性が測定結果に及ぼす影響が僅かであり、又は制御プログラム及び/若しくは後続する評価に際して熱膨張性を正確に考慮することができる。同様のことは、プッシュロッド保持部の材料にも当てはまる。

装置10は更に、測定装置20を備える。この測定装置20は、プッシュロッド12が取り付けられると共に、測定に際して、長手方向Ｌにおける試料Ｐの長さ変化に起因するプッシュロッド12の運動を測定する。測定装置20は、以下の構成要素、即ち、
・図示の実施形態において、（例えば、測定装置20に対して炉３を保持する）第１ベース部22-1、及び長手方向Ｌに細長く延在する第２ベース部22-2を有する固定ベース22と、
・ガイド装置24により、固定ベース22に対して長手方向Ｌに移動可能になるよう取り付けられ、かつ図示の実施形態において、ねじクランプ28によりプッシュロッド12が固定されたプッシュロッド保持部26と、
・プッシュロッド保持部26を、固定ベース22に対して長手方向Ｌに駆動するための制御可能な駆動装置30と、
・プッシュロッド12が試料Ｐに作用させる力を検出するための力測定装置32と、
・所定の力負荷に従って、力測定装置32で検出される力に依存して駆動装置30を制御するよう構成された制御装置ST（明瞭性を高める見地から、制御装置STは図１〜図４の１つにのみ（図１）に示す）と、
・ベース22に対するプッシュロッド12の長手方向Ｌの運動を測定するための経路センサ34とを備える。

図示の装置10の機能については、以下に記載するとおりである。

図１の実施形態において、試料Ｐは、炉３内の試料ホルダ１に既に配置され、かつ試料ホルダ１に対向する端部においてプッシュロッド端14が接触している。この実施形態において、制御装置ST内で動作する制御プログラムにより、「ＴＭＡ測定プログラム」が実行される。この場合の「ＴＭＡ測定プログラム」とは、試料Ｐを予め設定した経時的な温度変化に従って加熱し、これにより試料Ｐを力プログラム（ここでは時間依存的な圧縮力）に従ってプッシュロッド12により予め負荷し、その結果として生じる試料Ｐの経時的な長手方向Ｌの長さ変化を測定するものである。

この目的のために、制御装置STは、制御ラインL1,L2,L3及びL4を介して装置における対応の構成要素に接続されている。即ち、制御ラインL1は、温度制御信号を、炉３、又は該炉３内に統合された温度調整装置（例えば電気炉）に伝達するよう機能する。ラインL2は、力測定信号（試料Ｐに作用させた力の測定値）を力測定装置32から制御装置STに伝達するよう機能する。ラインL3は、駆動装置30に駆動制御信号を伝達するよう機能する。ラインL4は、経路センサ34による経路測定信号を伝達するよう機能する。

特に、ラインL4を介して伝達される時間依存的な長さ変化は、制御装置STに記録され、測定完了後の評価に利用可能である。

制御装置STは、測定に際して、制御装置30の制御により、プッシュロッド12が試料Ｐに作用させる力を制御する。この点は、以下のとおり機能するものである。即ち、上述したようにプッシュロッド12は、ねじクランプ28によりプッシュロッドベース26に取り付けられているため、プッシュロッド保持部26の対応する負荷又は調整は、プッシュロッド12に直接に伝達され、更には試料Ｐに伝達される。

図示の実施形態において、プッシュロッド保持部26は、駆動装置30によって直接に駆動されるわけではない。図１〜図４に示すように、プッシュロッド保持部26はむしろ、図面における弾性体32‐1の上端に結合（この場合はねじ結合）されている。この弾性体の下端は、ガイド装置24のキャリッジ24‐1に結合（この場合はねじ結合）されている。この場合にキャリッジは、ガイド装置24のガイドレール24‐2上で、長手方向Ｌに横断的にガイドされ、駆動装置30のスラストロッド30‐1によってキャリッジを横断的に移動させることができる。図に示すように、スラストロッド30‐1の遠位端は、キャリッジ24‐1にねじ固定されている。従って図示の実施形態において、ラインＬ３を介して制御される圧電ステップモータを含む駆動装置30を制御すれば、スラストロッド30‐1の変位が生じ、これによりキャリッジ24‐1の変位が長手方向Ｌに生じる。このキャリッジの移動は、弾性体32‐1により、プッシュロッド保持部26及びプッシュロッド12を介して試料Ｐに作用する力又は力の変化に変換される。

このように、キャリッジ24‐1、プッシュロッド保持部26及びこれらの間に配置された弾性体32‐1で構成されるユニットは、駆動可能な「プッシュロッドベース」とも称することができる。このプッシュロッドベースは、固定ベース22に取り付けられているため、ガイド装置24により、固定ベース22に対して長手方向Ｌに移動可能であり、プッシュロッドベースにはプッシュロッド12を固定する（又は固定することができる）。上述したように、プッシュロッドベース24‐1，26，32‐1は、制御可能な駆動装置30によって、固定ベース22に対して、長手方向Ｌに駆動される。

力測定装置32は、弾性体32‐1と、（例えば弾性体32‐1の外側に取り付けられる）ラインL2に接続される歪ゲージ（図示せず）で構成されるものである。

特に、弾性体32‐1が金属材料で構成される場合には、図１において破線で表すように例えば少なくとも中央領域で切り欠き（ここでは、直方体における円形の切り欠き）を有する材料を、切り欠きを有さない材料の代わりに使用することができる。弾性体におけるこのような１つ以上の切り欠きは、以下に記載する他の実施形態でも設けることができる。

測定に際しては、力測定装置32により、試料Ｐに実際に作用する力が時間の関数として測定され、好適には、アナログ／デジタル変換された（又は制御装置においてアナログ／デジタル変換される）信号としてラインL2を介して制御装置STに供給される。

制御装置STには、使用者が入力する所定の力負荷、即ち測定に際して試料Ｐに作用すべき力（設定値）も記録されている。

制御装置内ST内で動作する制御プログラムにより、測定された力の「実際値」は、対応する駆動装置30を制御することで、所定の力負荷に従って予め設定された「設定値」に調整される。

実際の測定においてガイド装置24（キャリッジ24‐1およびガイドレール24‐2の間）で不可避な摩擦が、力測定の歪曲をもたらさないのが有利である。

図示の実施形態において、同時に行われる試料Ｐにおける長さ変化の測定も、力測定の歪曲をもたすことはない。図示の実施形態における長さ変化の測定は、以下のとおりに行われる。即ち、プッシュロッド保持部26の長手方向Ｌにおける運動は、測定すべき試料Ｐの長さ変化に対応し、またプッシュロッド保持部26には、測定スケール34‐2を有するスケールホルダ34‐1が取り付けられている。この場合に測定スケールは、スケールホルダ34‐1自体で構成されるか、又は図示の実施形態に従えば、スケールホルダ34‐1に（例えば接着により）取り付けられることにより、試料Ｐの長さ変化は、測定スケール34‐2の変位に変換される。これにより、試料Ｐの長さ変化が容易に測定可能である。

この目的のために、経路センサ34は光学センサ34‐3を更に含む。この光学センサ34‐3は、該センサ34‐3と測定スケール34‐2との間における相対運動を測定するために固定的に保持されている。測定スケール34‐2には、この測定のために、例えばその全長に亘って等間隔で分布させたラインマーキングが設けられるか又はラインマーキングで構成される。これらラインマーキングは、測定スケール34‐2が通過する際に、光学センサ34‐3及び該センサ34‐3に接続される（又はセンサ34‐3内に統合される）リニアエンコーダ電子機器によって検出され、これにより試料Ｐの長さ変化を表す測定信号を得ることができる（この場合、検出されたマーキングの数が長さ変化を表す基準である）。この測定信号は、ラインL4を介して制御装置STに供給され、試料の時間依存的な長さ変化信号として、後続する評価のためにデジタル的に記録される。

リニアエンコーダ電子機器は、例えば光学センサ34‐3領域に配置するか、又は代替的に制御装置ST領域に配置することができる。

図示の実施形態において、光学センサ34‐3の固定的な保持は、ホルダ34‐4により可能である。このホルダ34‐4は、一方でセンサ34‐3に結合（この場合はねじ結合）され、他方でベース22に結合（この場合はねじ結合）されている。

このように図示の装置10により、長手方向Ｌに所定の力負荷をかけた試料Ｐの長さ変化を、ＴＭＡ分析で有利に測定することができる。この場合に所定の力は、長手方向に延在するプッシュロッド12により試料Ｐに作用させ、また長手方向Ｌにおける試料Ｐの長さ変化により生じるプッシュロッド12の運動は、非接触で測定される。更に、プッシュロッド12が固定されたプッシュロッドベース24‐1，26，32‐1の駆動は、固定ベース22に対して長手方向Ｌに行われる。この場合の駆動は、所定の力負荷（力制御）に従って、プッシュロッド12により試料Ｐに作用させ、かつ力測定装置32で検出される力に依存する制御ソフトウェアで行われる。

図４において、測定装置20の（長手方向Ｌにおける）全長をd1で、全高をd2で示す。有利には、測定装置20は全体的にコンパクトな構造を有し、特に極めて小さな全幅を有する。

図示の装置10においては、力測定装置32及び弾性体32‐1のために「過負荷保護部」が設けられている。これは、作動に際して、キャリッジ24‐1及びプッシュロッド保持部26間における相対運動、ひいては弾性体32‐1における変形を制限するためである。図示の実施形態における過負荷保護部は、キャリッジ24‐1から突出するストッパノーズ36（例えばキャリッジの構成要素と一体的に構成）を含み、該ストッパノーズ36の遠位端は、プッシュロッド保持部26におけるストッパ凹部38に係合している。長手方向Ｌに見て、弾性体32‐1が非変形状態にあるときは、ストッパノーズ36及び凹部38による対応のストッパ面の間に生じる隙間は僅かである。弾性体32‐1の変形が（最大許容可能な）状態にあるときは、ストッパノーズ36が上述したストッパ面の１つに当接するため、弾性体32‐1の更なる変形が回避される。

以下に記載する他の実施形態において、同一要素には同一の参照符号を付し、実施形態を区別するために小文字を補足してある。基本的には上述した実施形態との違いについてのみ言及し、その他の点については上述した実施形態の記載を参照されたい。

図５〜図８は、試料の長さ変化を測定するための装置10aの第２実施形態を示す。この場合も明瞭性を高める見地から、制御装置STはラインアセンブリと共に、これら図の１つ（図５）にのみ示す。

図１〜図４に従って上述した実施形態とは異なり、図５〜図８に従う装置10aは、２つの点で修正が加えられている。これら２点とは、
・一方では、プッシュロッドベース（キャリッジ24a‐1，プッシュロッド保持部26a及び弾性体32a‐1）が固定ベース22aに対して長手方向Lに移動可能になるよう取り付けられたガイド装置24aの領域と、
・他方では、プッシュロッドベースの領域、又はベース22aに対するプッシュロッド12aの長手方向Lの運動を測定するためにプッシュロッドベースに接続された経路センサ34aの領域とである。

これら２つの修正点は、図示の実施形態に限らずそれぞれ上述した実施形態にも適用可能であり、以下に詳述する。

ガイド装置24a領域における修正点とは、圧電ステップモータ30a‐2が（ベース22a上で）固定的に保持されているのではなく、ベース22aに固定的に結合（この場合はねじ結合）されたスラストロッド30a‐1上で横断（又は移動）することである。従ってこの場合、使用される駆動部（ここでは圧電ステップモータ30a‐2）を作動させると、移動するのはスラストロッド30a‐1ではなく駆動部30a‐2自体である。この運動をガイド装置24aのキャリッジ24a‐1に伝達するために、圧電ステップモータ30a‐2又はそのハウジングは、結合プレート30a‐3の対に結合（この場合はねじ結合）されている。この修正点の利点は、第１実施形態に比べて、全長d1（図８参照）を小さくできることである。

プッシュロッド12aの運動を測定するための修正点とは、経路センサ34aのリニア測定スケール34a‐2が（ベース22aに対して）固定的に配置され、光学センサ34a‐3がプッシュロッド12a又はプッシュロッド保持部26aと「共に横断」するように配置され、（第１実施形態とは異なり）その逆ではないことである。この目的のために、固定ベース22aに結合されたホルダ34a‐4は、測定スケールキャリア34a‐1と共に該キャリア34a‐1上に配置された測定スケール34a‐2を支持している。図示の実施形態において、ホルダ34a‐4は、測定スケールキャリア34a‐1と一体的に構成されている。光学センサ34a‐3及びプッシュロッド保持部26a間でせん断抵抗を有する結合を可能にするために、固定的な結合部（この場合はねじ結合部）がこれら２個の要素間に設けられている。これに加えて、図５〜図８に示すように、更なるホルダ34a‐5を設けるのが有利である。例えばこの場合、ホルダ34a‐5の一端は、結合プレート30a‐3に（例えば一体的に）結合され、他端は、キャリッジ24a‐1に対して固定的、かつ「張力緩和部」の意味でフラットリボンケーブルとして構成されたラインL2の一部を支持している。このような構成としなければ、ラインL2を介して制御不能に作用する力がプッシュロッド保持部26aに及び、ひいては力測定を歪曲する恐れがある。

図９〜図１１は、試料の長さ変化を測定するための装置10bの第３実施形態を示す。この場合も、制御装置STはラインアセンブリと共に、これら図の１つ（図９）にのみ示す。

上述した第２実施形態（図５〜図８）とは異なり、図９〜図１１に示す装置10bは、プッシュロッドベース又はプッシュロッド保持部26bを、固定ベース22bに対して長手方向Lに移動可能に支持するためのガイド装置24bの領域で修正されている。

即ち、第２実施形態とは異なり、ガイドレール24b‐2が（その長手軸線周りに）90°回転させた状態で配置されている。従ってガイドレール24b‐2は、図９〜図１１において、長手方向Lに延在するベース部22bの保持部22b‐2から水平方向に突き出ている。この保持部22b‐2は、比較的薄く、かつ垂直方向を向くシートメタル部分として構成するのが有利である。

図示の実施形態において、第２実施形態（図８参照）に比べて、全高d2（図１１参照）を有利に縮小することができる。

一方では駆動装置30bの駆動モータ30b‐2と、他方ではガイド装置24bにおけるキャリッジ24b‐1との間でせん断抵抗を持たせた長手方向Lの結合は、（図５〜図８の実施形態のように）長手方向Lに延在する保持部22b‐2の周りに係合する結合プレートの配置を必要としない。むしろ、装置10bにおいては、駆動モータ30b‐2とキャリッジ24b‐1との間に直接的な結合部（例えばねじ結合部）が設けられている。

図１２及び図１３は、本明細書に記載のタイプの測定装置の詳細を２つの変形例に関して分かり易くするための略図である。即ち、以下に詳述するこの詳細は、特に上述した実施形態（装置10，10a及び10b）に修正を加えるために適用することができる。

上述した実施形態において、プッシュロッドベースは、弾性体（32‐1，32a‐1及び32b‐1）を含む。この場合、弾性体の一方の側（図面下部）は、ガイド装置に直接にガイドされるキャリッジに結合され、対向する側（図面上部）は、プッシュロッドベースのプッシュロッド保持部に結合されている。作動に際しては、調整された力に応じて、おおむね顕著な変形が弾性体に生じると共に、キャリッジに対するプッシュロッド保持部の相対変位が長手方向Lに生じる。しかしながらこの場合、弾性体の実施形態（形状及び配置）に応じて、極めて小さいながらもプッシュロッド保持部及びキャリッジの間で更に、相対変位が長手方向Lに直交して生じる。このような横変位は、基本的には望ましくない。横変位を回避するために、図１２及び図１３に示す変形を適用することができる。

図１２及び図１３の変形例に共通する点は、「直列配置」（図１２）又は「並列配置」（図１３）された２個の弾性体がプッシュロッド保持部とキャリッジとの間で結合部材として使用されることにより、作動時に生じる横方向への、個々の弾性体の収縮又は膨張が互いに少なくとも部分的に、特にほぼ完全に補償することである。

図１２は、第１変形例を示す。この場合、キャリッジ24c‐1は、固定ベース上に構成されるか又は該ベースに固定的に結合された、ガイドレール24c‐2上を長手方向Lにガイドされると共に、第１弾性体32c‐1の一端（図１２下部）に結合されている。この一端に対向する弾性体32c‐1の他端（図１２上部）は、結合部材40cを介して第２弾性体33c‐1の一端（図１２上部）に結合されている。この一端に対向する第２弾性体32c‐1の他端（図１２下部）は、プッシュロッド12cが固定された（又は固定することができる）プッシュロッド保持部26cに結合されている。

図１２に従う配置を本明細書に記載のタイプの測定装置、例えば上述した装置10，10a及び10bに適用した場合、有利には、作動時に生じる２個の弾性体32c‐1，33c‐1の収縮又は膨張の補償が発生する。これにより、一方では関連するプッシュロッド保持部26ひいてはプッシュロッド12cと、他方では関連するキャリッジ24c‐1との間における相対変位は、長手方向Lにおける変位にほぼ限定される。

有利には、横変位の可及的に完全な補償をするために、例えば弾性体32c‐1，33c‐1をほぼ同一構成とすることができる。

図１３の変形例は、２個の弾性体32c‐1，33c‐1が「直列配置」される図１２の変形例と比べて、弾性体32d‐1，33d‐1が「並列配置」される点においてのみ異なる。

この目的のために、図１３のガイド装置は、２個のキャリッジ24d‐1，25d‐1を備える。これらキャリッジは、関連するガイドレール24d‐2，25d‐2上で長手方向Lにガイドされると共に、弾性体32d‐1，33d‐1の一端に結合されている。弾性体32d‐1，33d‐1の他端は、プッシュロッド12が固定された（又は固定することができる）結合部材40dによって互いに結合されている。図１３に従う変形例も、作動時に個々の弾性体に生じる横変位の有利な補償をもたらすものである。

図１２及び図１３に従う変形例において、２個の「弾性体」は互いに分離した要素としているが、これらの要素は、例えば互いに一体的に結合したものとすることもできる。この場合、図１２に従う変形例の要素32c‐1，33c‐1，40c（図１３に従う変形例であれば、要素32d‐1，33d‐1，40c）は、適切な形状とした弾性体として実現される。

更に、図１２及び図１３に従う具体例とは異なり、２個を超える「弾性体」を直列配置（図１２参照）又は並列配置「図１３参照」で使用することもできる。（そして場合によっては、適切な形状とした単一の要素で実現することができる。）

本発明において、上述した測定装置10，10a，10bの実施形態は（場合によっては、図１２及び図１３の変形の１つと共に）、装置要素に関して基本的に有利な「配置原理」に基づいている。この「配置原理」とは、以下に説明するとおりである。

本発明の装置には、プッシュロッドの延長方向に対応する、長手方向（長手方向L）があり、この長手方向Lには、プッシュロッド軸線の延長上において、プッシュロッド保持部（又はプッシュロッドベース）及び経路センサが順次に配置されている。また長手方向には、やはり順次にではあるが、並列にずらした状態（本発明の実施形態を示す図面では、垂直方向下方にずらした状態）で、細長の（好適には「ガイドレール」の原理に従う）ガイド装置が延在するように配置されている。更に、上述した弾性体又は該弾性体により構成される力測定装置は、好適には、長手方向に延在する上述した２つの装置の領域間のスペース（オフセットスペース）に収容されている。このような配置原理により、極めてコンパクトな装置が構成可能である。

これに関連して、駆動装置には２つの好適な配置箇所がある。一方で駆動装置は、図１〜図４に係る実施形態に示すように、長手方向にガイド装置に隣接し、例えば上述したスラストロッドによって、ガイド装置のキャリッジ上で作動させることができる。他方で駆動装置は、例えば図５〜図８及び図９〜図１１に示すように、ガイド装置に対して長手方向とは垂直にずらした状態で、例えばガイド装置のプッシュロッド保持部から離れた側に配置することができる。

上述した装置10，10a，10bは、ＴМＡ装置内での使用を前提として記載したが、言うまでもなく、原則的には、制御装置又は該制御装置内で動作する制御ソフトウェアを、適切に変更することにより（場合によっては他の細部の適合／最適化により、例えば圧電ステップモータの代わりにプランジャコイルアセンブリを使用することにより）、ＤＭＡ装置内で使用することもできる。

本発明に係る装置で構成した装置（例えばＴＭＡ若しくはＤＭＡ装置又は膨張計）において、装置の「長手方向」は、例えば（好適にはＴＭＡ及びＤＭＡ装置等で）垂直方向又は例えば（好適には膨張計等で）水平方向とすることができる。

Claims (13)

1. 以下に長手方向（Ｌ）と称する方向に所定の力負荷をかけた試料（Ｐ）における長さ変化を測定するための装置（10）であって、前記長手方向（Ｌ）に延在すると共に、測定時に所定の力を前記試料（Ｐ）に作用させる端部（14）を有するプッシュロッド（12）と、測定時に前記長手方向（Ｌ）における前記試料（Ｐ）の長さ変化により生じる前記プッシュロッド（12）の運動を測定する測定装置（20）とを備え、該測定装置（20）は、
   ・固定ベース（22）と、
   ・ガイド装置（24）により前記固定ベース（22）上に取り付けられることで、前記固定ベース（22）に対して前記長手方向（Ｌ）に移動可能であると共に、前記プッシュロッド（12）が取り付けられるか又は取り付けられたプッシュロッドベース（24‐1，26，32‐1）と、
   ・前記プッシュロッドベース（24‐1，26，32‐1）を前記固定ベース（22）に対して前記長手方向（Ｌ）に駆動するための制御可能な駆動装置（30）と、
   ・前記プッシュロッド（12）が前記試料（Ｐ）に作用させる力を検出するための力測定装置（32）と、
   ・前記固定ベース（22）に対する前記プッシュロッド（12）の前記長手方向（Ｌ）の運動を測定するための経路センサ（34）と、
   ・所定の力負荷に従って、前記力測定装置（32）で検出される力に依存して前記駆動装置（30）を制御するよう構成された制御装置（ST）とを備える装置。
2. 以下に長手方向（Ｌ）と称する方向に所定の程度に変形させた試料（Ｐ）における変形力を測定するための装置（10）であって、前記長手方向（Ｌ）に延在すると共に、測定時に所定の変形量を前記試料（Ｐ）にもたらす端部（14）を有するプッシュロッド（12）と、測定時に前記長手方向（Ｌ）における前記試料（Ｐ）の変形に伴う変形力を測定する測定装置（20）とを備え、該測定装置（20）は、
   ・固定ベース（22）と、
   ・ガイド装置（24）により前記固定ベース（22）上に取り付けられることで、前記固定ベース（22）に対して前記長手方向（Ｌ）に移動可能であると共に、前記プッシュロッド（12）が取り付けられるか又は取り付けられたプッシュロッドベース（24‐1，26，32‐1）と、
   ・前記プッシュロッドベース（24‐1，26，32‐1）を前記固定ベース（22）に対して前記長手方向（Ｌ）に駆動するための制御可能な駆動装置（30）と、
   ・前記プッシュロッド（12）が前記試料（Ｐ）に作用させる力を検出するための力測定装置（32）と、
   ・前記固定ベース（22）に対する前記プッシュロッド（12）の前記長手方向（Ｌ）の運動を測定するための経路センサ（34）と、
   ・所定の変形量に従って、前記経路センサ（34）で検出される運動に依存して前記駆動装置（30）を制御するよう構成された制御装置（ST）と、
   を備える装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置（10）であって、前記制御装置（ST）は、一作動モードに従って、一定の力負荷又は変形量を測定全体に亘って前記試料（Ｐ）に加えるよう構成されている装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の装置（10）であって、前記制御装置（ST）は、一作動モードに従って、可変の力負荷又は変形量を測定全体に亘って前記試料（Ｐ）に加えるよう構成されている装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の装置（10）であって、前記プッシュロッドベース（24‐1，26，32‐1）は、前記ガイド装置（24）によって直接にガイドされるキャリッジ（24‐1）と、前記プッシュロッド（12）に直接に結合可能又は結合されたプッシュロッド保持部（26）を備え、
   前記キャリッジ（24‐1）及び前記プッシュロッド保持部（26）は、変形可能な弾性体（33‐1）によって互いに結合されている装置。
6. 請求項５に記載の装置（10）であって、力測定装置（32）は、前記弾性体（32‐1）の変形量を測定するための変形測定装置として構成されている装置。
7. 請求項５又は６に記載の装置（10）であって、前記キャリッジ（24‐1）及び前記プッシュロッド保持部（26）間には機械的なストッパが設けられることにより、前記キャリッジ（24‐1）と前記プッシュロッド保持部（26）との間の相対運動が、ひいては前記弾性体（32‐1）の変形が限定されている装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の装置（10）であって、前記駆動装置（30）は、前記固定ベース（22）に対して前記プッシュロッドベース（24‐1，26，32‐1）を段階的に調整するためのステップモータ（30‐2）、特に圧電ステップモータを備える装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の装置（10）であって、前記経路センサ（34）は、光学的な経路測定システム（34‐1，34‐2，34‐3）で構成されている装置。
10. 請求項９に記載の装置（10）であって、前記光学的な経路測定システム（34‐1，34‐2，34‐3）は、リニア測定スケール（34‐2）と、接続されたリニアエンコーダ電子機器を有するセンサ（34‐3）を備え、
    前記リニア測定スケール（34‐2）は、長手方向においてプッシュロッド（12）か若しくは該プッシュロッド（12）に結合された部分（34‐1）にせん断抵抗を有する状態で配置され、前記センサ（34‐3）は、固定的に配置されている、又はその逆である、装置。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置（10）であって、該装置（10）は更に、温度調整可能な試料チャンバ（３）を備え、前記試料チャンバ（３）は、前記試料（Ｐ）を取り付けるために、前記試料チャンバ（３）内に設けられた試料ホルダ（１）を備え、また前記制御装置（ST）は更に、測定に際して、前記試料チャンバ（３）における所定の時間依存的な温度調整を制御するように構成されている装置。
12. 以下に長手方向（Ｌ）と称する方向に所定の力負荷をかけた試料（Ｐ）における長さ変化を測定するための方法であって、
    所定の力は、前記長手方向（Ｌ）に延在するプッシュロッド（12）により前記試料（Ｐ）に作用させ、また前記長手方向（Ｌ）における前記試料（Ｐ）の長さ変化により生じる前記プッシュロッド（12）の運動を測定し、
    更に前記プッシュロッド（12）が固定されたプッシュロッドベース（24‐1，26，32‐1）の駆動は、固定ベース（22）に対して前記長手方向（Ｌ）に行い、この駆動を、所定の力負荷に従って、前記プッシュロッド（12）により前記試料（Ｐ）に作用し、かつ力測定装置（32）で検出される力に依存して行う方法。
13. 以下に長手方向（Ｌ）と称する方向に所定の程度に変形させた試料（Ｐ）における変形力を測定するための方法であって、
    前記試料（Ｐ）における所定の変形量は、前記長手方向（Ｌ）に延在するプッシュロッド（12）によりもたらされ、また前記長手方向（Ｌ）における前記試料（Ｐ）の変形に伴う変形力を測定し、
    更に前記プッシュロッド（12）が固定されたプッシュロッドベース（24‐1，26，32‐1）の駆動は、固定ベース（22）に対して前記長手方向（Ｌ）に行い、この駆動を、所定の変形量に従って、前記プッシュロッド（12）により前記試料（Ｐ）にもたらされ、かつ経路センサ（34）で検出される運動に依存して行う方法。