JP2024504976A - 試料試験を自動化するシステム、方法、及び装置 - Google Patents

Abstract

ロードセル１０６を有する試験システム１００の圧縮装置３００が記載される。圧縮装置は、圧縮ロッド３０２及び少なくとも１つの機械的締結具２０８を備える。圧縮ロッドは、第１の部分３０２ａを遠位端部３００ａに有し、ねじ穴３０８を画定する第２の部分３０２ｂを近位端部３００ｂに有する。第１の部分は、試料に接触するように構成され、第２の部分は、ロードセルに結合するように構成される。機械的締結具は、ねじ穴と嵌合するように構成される。【選択図】図３ｂ

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、「System, Method, And Apparatus For Automating Specimen Testing」という名称の２０２１年１月２１日に出願された米国仮特許出願第６３／１４０，０６１号、及び、「System, Method, And Apparatus For Automating Specimen Testing」という名称の２０２２年１月１９日に出願された米国特許出願第１７／５７８，７７２号に対する利益及び優先権を主張するものであり、これらの内容は全体が引用することにより本明細書の一部をなす。

本開示は、試料試験に関し、より詳細には、残留シール力試験及び／又は圧縮摩擦測定試験を自動化するシステム、方法、及び装置に関する。

２０世紀初頭から、エラストマー栓、及びいくつかの場合には圧着キャップを有する容器（例えば、カートリッジ、ボトル、バイアル等）は、非経口（すなわち、注入可能）薬剤用の一次包装システムであり続けている。そのような容器パッケージシステム内に収容される非経口製品は、汚染及び製品漏れを防止するために、ガラス容器とエラストマーストッパーとの間の境界面に強固なシールを必要とする。シールは製造プロセスにおいて確立されるが、使用前の多様な取扱い、加工、及び保管の条件に耐えなければならない。

いくつかの例において、容器シールは、３つの主要構成要素、すなわち、ガラス容器と、エラストマー栓（例えば、ゴムストッパー）と、アルミニウムキャップ等の、ゴムストッパーを容器内に固定するキャップとから構成される。金属キャップが使用される場合、典型的にはアルミニウム又はアルミニウム合金であるキャップを、容器及びエラストマー栓の十分な嵌合を確実にする圧縮力によって塞がれる容器へと圧着しなければならない。他の例において、キャップは他の試験については取り外される。容器シールに影響する栓変数としては、寸法特性及び公差が、弾性率、硬度、及び圧縮歪みを含めた栓構成要素の機械特性とともに挙げられる。

非経口容器の製造者は、初期シールが形成された後は製品の貯蔵寿命が尽きるまで容器に対して栓が及ぼす力を測定する定量法を採用する必要がある。金属キャップを使用する栓の場合、この力は、残留シール力（「ＲＳＦ：residual seal force」）試験を使用して測定され、一方、圧縮摩擦（「ＣＦ：compression friction」）測定試験は、プランジャーを使用してシールされたガラス容器を評価するために使用される。ＣＦ測定試験は、滑動試験（glide test）と呼ばれることもある。既存のＲＳＦテスター及びＣＦテスターはＲＳＦ及びＣＦを測定することができるものの、そのような試験は、時間がかかり、面倒で、労働集約的であり得る。したがって、ＲＳＦ及び／又はＣＦ試験用のより正確な、より耐性のある、及び／又は自動化されたシステム、方法、及び装置を提供することが望ましい。

試験用のシステム、方法、及び装置が、実質的に図面のうちの少なくとも１つによって示され、図面のうちの少なくとも１つに関連して記載されるように、開示される。より詳細には、容器、特に非経口医薬品の容器の残留シール力及び／又は圧縮摩擦測定値を求めるシステム、方法、及び装置が開示される。

本明細書に記載の装置、システム、及び方法の上記の目的、特徴、及び利点並びに他の目的、特徴、及び利点は、同様又は類似の参照符号が同様又は類似の構造を参照する添付の図面に示される特定の実施形態についての以下の説明から明らかとなるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、本明細書に記載の装置、システム、及び方法の原理を示すことに力点が置かれている。

本開示の態様に係る一例示の試験システムの斜視図である。 負荷ストリングをよりよく示すために一部を除外した、図１ａの例示の試験システムの斜視図である。 本開示の態様に係る第１の例示のロードセルの斜視図である。 図２ａの断面Ａ－Ａに沿った第１の例示のロードセルの平面断面図である。 図２ａの断面Ｂ－Ｂに沿った第１の例示のロードセルの平面断面図である。 本開示の態様に係る第２の例示のロードセルの斜視図である。 本開示の態様に係る圧縮装置の斜視図である。 図３ａの断面Ｃ－Ｃに沿った第２の例示のロードセルの平面断面図である。 図３ａの断面Ｄ－Ｄに沿った第２の例示のロードセルの平面断面図である。 本開示の態様に係る第３の例示のロードセルの斜視図である。 図４ａの断面Ｅ－Ｅに沿った第３の例示のロードセルの平面断面図である。 本開示の態様に係る第４の例示のロードセルの斜視図である。 図５ａの断面Ｆ－Ｆに沿った第４の例示のロードセルの平面断面図である。 本開示の態様に係る第５の例示のロードセルの斜視図である。 図６ａの断面Ｇ－Ｇに沿った第５の例示のロードセルの平面断面図である。 例示の試験システムを動作させる一例示の方法を表すフローチャートである。

単数のものとして参照される項目については、別様に明示的に言及されている場合又は記載から明確である場合でない限り、その項目が複数である場合も含まれるとともにその逆もまた同じであることを理解すべきである。文法上の接続については、別様に言及されている場合又は文脈から明確である場合でない限り、結合された句、文、及び単語等の任意及び全ての離接的及び接続的な組合せを表すことを意図している。本明細書中の値の範囲の列挙は、限定を意図したものではなく、本明細書中で別様に示されない限り、その範囲内に入る任意及び全ての値を個別に参照するものであり、このような範囲内に入る各別個の値は、本明細書中に個別に列挙されているかのように明細書に組み込まれる。以下の説明において、「第１の」、「第２の」、「頂」、「底」、「側」、「前」、「後」等の用語は、便宜上の単語であり、限定的な用語として解釈されないことが理解される。例えば、いくつかの例では第１の側が第２の側に隣接又は近接して位置する一方、「第１の側」及び「第２の側」という用語は、側が順序付けされた任意の特定の順序を暗に示すものではない。

本明細書において使用される場合、「約（about）」、「略（approximately）」、「実質的に（substantially）」等の用語は、数値が伴う場合、意図した目的のために十分に機能するものとして当業者であれば理解するであろう偏差を示すものとして解釈される。値の範囲及び／又は数値は、本明細書においては例としてのみ提供され、記載の実施形態の範囲に対する限定をなすものではない。本明細書において提供される任意及び全ての例、又は例示的な言葉（「例えば（e.g.,）」「等（such as）」等）の使用は、単に実施形態をより良好に強調することを意図したものであり、実施形態の範囲に対する限定を課すものではない。「例えば（"e.g.," and "for example"）」という用語は、１つ以上の非限定的な例、具体例、又は実例の列挙の始まりとなるものである。明細書中の言葉は、実施形態の実施に必要不可欠な任意の非請求の要素を示すものとして解釈されるべきではない。

本明細書において使用される場合、「及び／又は」という用語は、「及び／又は」によって連結されるリストにおける項目のうちの任意の１つ以上の項目を意味する。一例として、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙのうちの一方又は両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、７つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、「ｘ、ｙ及びｚのうちの１つ以上」を意味する。

本明細書において使用される場合、「回路」又は「回路部」は、任意のアナログ及び／又はデジタルコンポーネント、電力及び／又は制御要素、例えば、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ソフトウェア等、別個の及び／又は統合されたコンポーネント、又はこれらの部分及び／又は組合せを含む。

本明細書において使用される場合、本明細書において使用される「圧縮ロッド」及び「圧縮ピン」という用語は、それぞれ、試験システム内に位置決めされた試料に圧縮力を与えるように構成される剛性構造体を意味する。ＣＦ試験の場合、例えば、圧縮ピンを使用することで、エラストマー栓をバイアル等の剛的に支持される非経口容器内に圧縮することができる。

本明細書において使用される場合、本明細書において使用される「駆動結合される」、「～に駆動結合される」、及び「～と駆動結合される」という用語は、それぞれ、駆動部、デバイス、装置、又は構成要素が、被動部、デバイス、装置、又は構成要素に機械的な力を伝達することを可能にする機械的接続を意味する。

本明細書において使用される場合、「プロセッサ」という用語は、ハードウェアにおいて実装されようと、有形に具現化されたソフトウェアにおいて実装されようと、又はその両方で実装されようと、及びプログラム可能であろうとなかろうと、処理デバイス、装置、プログラム、回路、構成要素、システム、及びサブシステムを意味する。本明細書において使用される「プロセッサ」という用語は、限定ではないが、１つ以上のコンピューティングデバイス、配線で接続された回路、信号を変更するデバイス及びシステム、システムを制御するデバイス及び機械、中央処理装置、プログラム可能なデバイス及びシステム、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、システムオンチップ、個別の要素及び／又は回路を備えるシステム、ステートマシン、バーチャルマシン、データプロセッサ、処理設備、並びに上記の任意の組合せを含む。プロセッサは、例えば、任意のタイプの汎用マイクロプロセッサ若しくは汎用マイクロコントローラー、デジタル信号処理（ＤＳＰ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であり得る。プロセッサは、メモリデバイスに結合されていてもメモリデバイスに統合されていてもよい。

本明細書において使用される場合、「メモリ」及び／又は「メモリデバイス」という用語は、プロセッサ及び／又は他のデジタルデバイスにより使用するための情報を記憶するコンピューターハードウェア又は回路部を意味する。メモリ及び／又はメモリデバイスは、任意の適切なタイプのコンピューターメモリ、又は任意の他のタイプの電子記憶媒体とすることができ、それは例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、キャッシュメモリ、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）、電気光学メモリ、磁気光学メモリ、プログラム可能読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ソリッドステートストレージ、コンピューター可読媒体等である。

シール後の容器に対して及ぼされる閉鎖力を測定する定量法を、定率の圧縮試験機を使用して行うことができる。遅い定率の圧縮をシールされた容器に及ぼすことによって、応力対時間曲線を作成して、試料における所与の閉鎖シールの残留シール力（ＲＳＦ）測定値を求めることができる。ＲＳＦ測定値は、様々な栓サイズ及び形状を有する多様な容器について求めることができる。ＲＳＦ測定値は、例えば、容器の栓の安全性を製造者の品質管理の一環として示すために使用することができる。栓が容器を圧縮する際の初期力は、アルミニウムキャップの適用（例えば、圧着）中に印加される鉛直圧着力と水平圧着力との関数であるが、ゴムの粘弾性緩和挙動に起因して、容器に対して押圧する栓の力は、時間と、エラストマー組成と、様々な加工手順の結果との関数として減衰する。別の例においては、圧縮試験機を使用して圧縮摩擦（ＣＦ）測定試験を行って、エラストマー栓（例えば、プランジャー）を使用してシールされるガラス容器の適格性を確認することができる。ＣＦ測定試験は、滑動試験とも称されることがある。

シール密閉性を評価するために、製造者は、容器シールプロセス中に生まれる非経口パッケージのＲＳＦ又はＣＦを測定するために、手動試験システムを品質管理プロセスの一環として使用することがある。典型的には、製造者は、品質管理努力の一環として小バッチ又は少量（例えば、ロット又はラインサンプル）を試験する。ＲＳＦ試験及びＣＦ試験は破壊試験とみなされる（すなわち、製品はもはやシール不能である）ため、製造者は、生産量の０．５％～１．２５％、又は生産量の約０．６６％しか試験し得ない。さらに、他の生産関連タスクで既に手一杯なオペレーターには、各試験を行うために限られた時間（例えば、試料ごとに約１分～２分）しか許されていない。しかし、ＲＳＦ試験及びＣＦ試験のプロセスを自動化すると、試験速度と試験できる製品の量とを増大させることができる。ＲＳＦ試験及びＣＦ試験を自動化するために、試料が試験システムに適切に装着されて正確な測定が確実になっていることを確実にするように予防策を講じなければならない。

図１ａは、一例示の試験システム１００の斜視図を示し、図１ｂは、明確にするために一部を省いた例示の試験システム１００の荷重フレーム１０２の斜視図を示している。試験システム１００は、概して、荷重フレーム１０２と、荷重フレーム１０２のクロスヘッド１０８に取り付けられるロードセル１０６と、荷重フレーム１０２のベース構造体１０４におけるプラテン組立体１１０と、コントローラー１５０とを備える。論じるように、プラテン組立体１１０は、手動プロセスを通じてか自動化プロセスを通じてかを問わず、圧縮試験（例えば、ＲＳＦ又はＣＦ試験）中に１つ以上の試料１１２を支持するように構成される。

図１ａに最もよく示すように、荷重フレーム１０２は、ベース構造体１０４と、１つ以上のコラム１１４と、可動クロスヘッド１０８と、トッププレート１１６とを備える。荷重フレーム１０２は、試験（例えば、ＲＳＦ試験、圧縮摩擦測定試験等）中に試験力（例えば、圧縮力）が反作用する高剛性の支持構造体としての役割を果たす。図示のように、荷重フレーム１０２は単一のコラム１１４から構成され得るが、例えば、二重コラム構成において複数のコラム１１４を採用することができる。ベース構造体１０４は、概して、コントローラー１５０等の様々な回路部及び構成要素を収容しながらも、１つ以上のコラム１１４と、試料１１２を支持するプラテン組立体１１０とを支持する役割を果たす。

プラテン組立体１１０は、試料１１２を試験位置に移動又は移送するように手動又は自動で調整（又は別様に制御）することができ、試料１１２は、典型的には、試験ヘッド１３６、試験装置、又は他の試験アクセサリーの下方に位置合わせされる。試料１１２は、例えば、図１ｂに示すように、非経口医薬品の容器１４０とすることができる。１つの例においては、図１ｂの細部Ａに最もよく示すように、容器１４０（例えば、フランジ１４４を有するボトル）は、開口１４２及びフランジ１４４を画定する。エラストマー栓１４６が開口１４２を覆う。フランジ１４４の下でキャップ１４８が圧着され、エラストマー栓１４６を圧縮して開口１４２をシールする。別の例においては、図１ｂの細部Ｂに最もよく示すように、キャップ１４８を省いてもよく、エラストマー栓１４６は、容器１４０（例えば、バイアル）の開口１４２内に嵌まり、容器１４０の内面に押圧して開口１４２をシールする。試料１１２は、フランジ１４４及び／又はキャップ１４８ありなし両方の容器１４０として示されているが、他のタイプの試料１１２も想定される。

１つ以上のコラム１１４のそれぞれは、ガイドコラムと、アクチュエータ１５６に駆動結合されるボールねじ１５４とを備える。ボールねじ１５４は、回転運動（例えば、モーター等のアクチュエータ１５６からの）を、摩擦がほとんどない直線運動に変換する機械式リニアアクチュエータの形態である。１つの例において、ボールねじ１５４は、玉軸受の螺旋軌道を提供するねじ付きシャフトを含むことができ、精密ねじとして作用する。図１ｂに示すように、ボールねじ１５４は、１つ以上のコラム１１４内でベース構造体１０４とトッププレート１１６との間に収容される。ボールねじ１５４を駆動するアクチュエータ１５６は、コントローラー１５０を介して制御される。コラムカバー１１８を設けることで、ボールねじ１５４を塵埃、汚れ、及び損傷から保護するとともに、ユーザーが動作中に危害を受けないように保護することができる。試験システム１００は、その動作を監視するために様々なセンサーを備える。例えば、試験システム１００は、クロスヘッド１０８が軸Ａに沿った運動の許容可能な範囲から逸脱することを防止するために上限スイッチ１３２及び下限スイッチ１３４を備えることができる。上限スイッチ１３２又は下限スイッチ１３４をトリガーすると、コントローラー１５０は、試験システム１００又は試料１１２への損傷を防止するためにアクチュエータ１５６を停止（又は逆行）させることができる。

クロスヘッド１０８は、ガイドコラム及びボールねじ１５４の両方に取り付けられ、ロードセル１０６を支持する。ボールねじ１５４は、アクチュエータ１５６を介して駆動される（例えば、回転する）。ボールねじ１５４の回転により、クロスヘッド１０８をベース構造体１０４に対して上（離れる）又は下（向かう）に駆動する一方で、ガイドコラムにより、クロスヘッド１０８に安定性が与えられる。ロードセル１０６は、オペレーターが所望の場合にロードセル１０６を交換することを可能にするように、１つ以上の機械的締結具１３８（例えば、ねじ、ボルト、袋ねじ等）を介してクロスヘッド１０８に取外し可能に結合することができる。例えば、ロードセル１０６は損傷を受ける場合があり、異なるタイプのロードセル１０６が望ましい又は必要な場合があり、これは試験（例えば、ＲＳＦ又はＣＦ試験）ごとに異なる可能性がある。

表示デバイス１２６（例えば、タッチスクリーンディスプレイ）、制御パネル１２８、及び／又はリモート制御部１３０（例えば、ハンドセット）をオペレーターが使用することで、試験システム１００の動作を監視及び／又は制御することができる。いくつかの例において、制御パネル１２８及びリモート制御部１３０は、それぞれ、試験システム１００の動作を制御又は調整する１つ以上のスイッチ、ボタン、又はダイヤル（例えば、緊急停止ボタン）を提供することができる。制御パネル１２８及びリモート制御部１３０は、試験システム１００の状態を提供する１つ以上の状態インジケーター（例えば、ＬＥＤ、ライト等）を更に提供することができる。リモート制御部１３０は、有線又は無線とすることができる。

更なる保護を提供し、安全性を高めるために、負荷ストリング１０１を、試験チャンバー１２２を画定する筐体１２０内に収容することができる。筐体１２０は、オペレーターが負荷ストリング１０１を観察することを可能にするように透明材料（例えば、ガラス、プラスチック、プレキシガラス等）から作製することができる。ドア又はアクセスパネル１２４を設けて、筐体１２０内の試験チャンバー１２２へのアクセスを可能にすることができる。負荷ストリング１０１は、概して、可動クロスヘッド１０８とベース構造体１０４（又は、該当する場合には、固定下側クロスヘッド）との間に設置される構成要素を指す。典型的には、負荷ストリング１０１は、ロードセル１０６と、試験ヘッド１３６と、構成要素を接続するのに必要な任意のアダプターと、試験される試料（複数の場合もある）１１２とを含む。典型的には、ＲＳＦ試験の場合、ロードセル１０６はクロスヘッド１０８上に取り付けられ、アンビルを有する試験ヘッド１３６はロードセル１０６に取り付けられ、試料１１２はベース構造体１０４上に（例えば、プラテン組立体１１０を使用して）位置決めされる。同様に、ＣＦ試験の場合、ロードセル１０６はクロスヘッド１０８上に取り付けられ、圧縮ロッドはロードセル１０６に取り付けられ、試料１１２はベース構造体１０４上に（例えば、プラテン組立体１１０を使用して）位置決めされる。

試験システム１００の動作は、コントローラー１５０を介して自動で制御及び／又は監視することができる。コントローラー１５０は、プロセッサ１５０ａと、実行可能命令を有して構成されるメモリデバイス１５０ｂとを備えることができる。コントローラー１５０は、様々なアクチュエータ（例えば、ボールねじ１５４を駆動するアクチュエータ１５６）、センサー（例えば、ロードセル（複数の場合もある）１０６、上限スイッチ１３２及び下限スイッチ１３４）、ユーザーインターフェース（例えば、表示デバイス１２６、制御パネル１２８、及び／又はリモート制御部１３０）等に動作可能に結合することができ、これらを制御するように構成することができる。

ＲＳＦ試験中、例えば、クロスヘッド１０８は、荷重フレーム１０２の軸Ａに沿って下に（ベース構造体１０４に向かって）移動して、試験ヘッド１３６、試験装置、又はロードセル１０６に結合される他の試験アクセサリーを介して圧縮負荷を試料１１２に印加する。試験ヘッド１３６は、１つ以上の試料１１２に接触して圧縮するように構成されるアンビル（ドーン（dorn）としても知られる）とすることができる、又はこれを含むことができる。試験ヘッド１３６、試験装置、又は他の試験アクセサリーは、ロードセル１０６のカプラー１５２に直接結合することもできるし、圧縮ロッド又はピンを介して結合するもできる。

ロードセル１０６は、この負荷を電気信号に変換し、試験システム１００は、コントローラー１５０を介してこの電気信号を測定し、表示デバイス１２６を介してオペレーターに表示する。１つの例において、試験ヘッド１３６は、一定速度（例えば、約０．０１インチ／秒（約０．２５４ミリメートル／秒））で前進することができる。換言すれば、この例において、クロスヘッド１０８がコラム１１４に沿って（軸Ａに沿って）０．００１インチ（０．０２５４ミリメートル）進行するごとに、コントローラー１５０は、試験ヘッド１３６が試料１１２に運動（歪み）を課すことに応答して、試料１１２が及ぼす力を自動で記録する。一定速度は、所与の試料１１２について調整することができる。コントローラー１５０は、対応する歪みデータも自動で記録する。得られるデータセットは、グラフ化し得る応力－歪み測定値のシーケンスを含み、予測可能な形状の曲線を近似したものである。ＲＳＦの場合、適切なシールを、得られる曲線における変曲点（例えば、エラストマー栓１４６が屈曲状態から硬直状態に遷移したこと、したがって開口１４２をシールしたことを示す）について監視することによって、決定することができる。

試験ヘッド１３６は、ＲＳＦ及び／又はＣＦ試験用に設計することができる。例えば、試験ヘッド１３６は、ＣＦ試験用に圧縮ロッドとすることができるし、ＲＳＦ試験用にアンビルを備える、例えば、調整可能な適合するアンビルを有する試験ヘッドとすることもできる。理解し得るように、或る特定の試験は、特定のタイプの試験ヘッド１３６を必要とし得る。例えば、ＲＳＦ測定中に使用される試験ヘッド１３６は、非経口容器の栓のサイズ及び形状に対応するサイズ及び形状であるアンビルを備えることができる。したがって、試験ヘッド１３６が概して図１ａ及び図１ｂにおいてＲＳＦ試験用に構成されているが、代わりに、ＣＦ試験用に圧縮ロッド（及び関連するロードセル）を使用することができる。

試験ヘッド１３６は、試験システム１００を様々なタイプの試験（例えば、ＲＳＦ、ＣＦ、引張、圧縮、曲げ等）に使用することを可能にするように可換性があり得る。換言すれば、試験ヘッド１３６は、オペレーターが試験ヘッド１３６を別の試験ヘッド１３６、試験装置、又は他の試験アクセサリーへと交換又は取り替えることを可能にするように、例えばカプラー１５２又は他の手段を介してロードセル１０６と取外し可能に結合するように構成することができる。カプラー１５２は、カラー継手（例えば、１つ以上の止めピン又はねじを有するカラー）、クレビス継手、スリーブ継手、又はねじ式継手（例えば、ねじ付きロッド）のうちの１つ以上を採用することができる。したがって、カプラー１５２が止めねじ及び／又は止めピンを有する雌カラーカプラーとして示されているが、他のタイプの継手も想定される。

１つ以上の試料１１２は、プラテン組立体１１０によってベース構造体１０４上に支持される。試験ヘッド１３６と同様に、或る特定の試験は、特定のタイプのプラテン組立体１１０を必要とし得る。例えば、ＲＳＦ測定中に使用されるプラテン組立体１１０は、非経口容器１４０（又は他の試料１１２）のサイズ及び形状に対応するサイズ及び形状である１つ以上のステーションを備えることができる。そのために、プラテン組立体１１０は、試験固有又は試料固有の試料プレート１１０ａと、ベース構造体１０４によって支持され、試料プレート１１０ａを支持するように構成されるベースプレート１１０ｂとを備えることができる。試料プレート１１０ａは、オペレーターが特定の試験に好適な試料プレート１１０ａを選択することを可能にするために、ベースプレート１１０ｂに取外し可能に結合することができる。１つの例において、試料プレート１１０ａは、１つ以上の試料１１２を支持する（例えば、１つ以上の凹部を介して）サイズ及び形状であるプレート又はテーブルであり、一方、ベースプレート１１０ｂは、試料プレート１１０ａをベース構造体１０４に対して支持及び／又は固定するように構成されるプレートとすることができる。いくつかの例において、試料プレート１１０ａは、ベースプレート１１０ｂに対して移動するように構成される。例えば、試料プレート１１０ａは、圧縮中に試験ヘッド１３６の適切な角度に適応するようにベースプレート１１０ｂに対して回転又は傾動するように構成することができる。

正確なＣＦ測定値をもたらすためには、試験ヘッド１３６（例えば、ＣＦ試験の場合、圧縮ロッド）がＣＦ試験中に試料１１２（例えば、エラストマー栓１４６）にしっかりと接触することが重要である。典型的には、これには、エラストマー栓１４６の平坦面が試験ヘッド１３６の接触点と同一平面上にあるように、試験ヘッド１３６がロードセル１０６に対して適切に着座していることを確実にするようにオペレーターがチェックすることが必要になる。これは、圧縮ロッドと同様に、試験ヘッド１３６が試料１１２の位置に適合するように構成されないときに特に関連がある。自動化手法においては、これにより更なる複雑性が導入される。

図２ａは、本開示の態様に係る第１の例示のロードセル組立体２００の斜視図を示し、図２ｂ及び図２ｃは、それぞれ、図２ａの断面Ａ－Ａ及びＢ－Ｂに沿った第１の例示のロードセル組立体の平面断面図を示している。ロードセル１０６は、圧縮力を電気信号に変換するように構成される。１つの例において、ロードセル１０６は、弾性部材２０６と、弾性部材２０６に結合される１つ以上の歪みゲージ２１０とを備える。弾性部材２０６は、円筒形弾性部材とすることができ、及び／又は金属又は金属合金から製造することができる。

図示のように、弾性部材２０６は、近位端部２０６ａ及び遠位端部２０６ｂを備える。近位端部２０６ａは、１つ以上の機械的締結具１３８を介してクロスヘッド１０８に結合することができる。近位端部２０６ａは、カプラー１５２及び１つ以上の機械的締結具２０８を介して試験ヘッド１３６に結合することができる。例えば、試験ヘッド１３６は、カプラー１５２のカラーに挿入し、穴２０４を通して１つ以上のピン又はねじ２１２を試験ヘッド１３６内に通して、試験ヘッド１３６を適所に固定することによって、固定することができる。オペレーターは、１つ以上のピン又はねじ２１２が均一に挿入及び／又は締められることを確実にするように用心しなければならない。例えば、１つのピン又はねじ２１２をきつく締めすぎると、試験ヘッド１３６が中心軸２１４から押しのけられ、試験ヘッド１３６が歪む結果になるおそれがある。換言すれば、試験ヘッド１３６の長手方向軸は、適切な接触が試料１１２に対して達成されることを確実にするために、進行方向と位置合わせされたままであるべきである。したがって、カプラー１５２は、試験ヘッド１３６を容易に取り替えることを可能にするが、適切に固定されていない場合には誤差が導入されるおそれがある。このリスクを軽減するために、カプラー１５２を省くことができ、統合された継手を有する圧縮装置を使用することができる。

図３ａは、本開示の態様に係る第２の例示のロードセル組立体の斜視図を示し、図３ｂは、圧縮装置３００の斜視図を示している。図３ｃ及び図３ｄは、それぞれ、図３ａの断面Ｃ－Ｃ及びＤ－Ｄに沿った第２の例示のロードセル組立体の平面断面図を示している。

圧縮装置３００は、圧縮ロッド３０２及び機械的締結具２０８を備える。図示のように、圧縮ロッド３０２は、第１の部分３０２ａを遠位端部３００ａに備え、ねじ穴３０８を画定する第２の部分３０２ｂを近位端部３００ｂに備える。第１の部分３０２ａは、試料１１２に接触するように構成され、第２の部分３０２ｂは、ロードセル１０６に結合するように構成される。少なくとも１つの機械的締結具２０８は、ねじ穴３０８を介して圧縮ロッド３０２を弾性部材２０６に結合するように構成される。

弾性部材２０６は、近位端部２０６ａ及び遠位端部２０６ｂを備える。近位端部は、１つ以上の機械的締結具１３８を介して試験システム１００のクロスヘッド１０８に取り付けるように構成される。圧縮ロッド３０２の第２の部分３０２ｂは、機械的締結具２０８を介して遠位端部２０６ｂに結合される。

第１の部分３０２ａ及び第２の部分３０２ｂは、それぞれ円筒形である。いくつかの例において、第１の部分３０２ａは、第２の部分３０２ｂの第２の直径よりも小さい第１の直径を有する。第１の部分３０２ａ及び第２の部分３０２ｂは、一体構造として製造されるものとして示されているが、第１の部分３０２ａ及び第２の部分３０２ｂは、互いに永久的に取り付けられる（例えば、溶接又は接着を介して）別個の構成要素としてもよい。圧縮ロッド３０２は、ダイカスト、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）加工、旋盤加工、３Ｄ印刷等を通じて一体構造として製造することができる。

第２の部分３０２ｂは、１つ以上の位置合わせ形状部３０４、３０６を更に備えることができる。１つ以上の位置合わせ形状部３０４、３０６は、例えば、ロードセル１０６の凹部３１０の対応するセットと嵌合するように構成されるダウエル（dowel）３０４のセット、及び／又はロードセル１０６の対応する切り取られた円筒形凹部３１２に滑り込むように構成される切り取られた円筒形突出部３０６を含むことができる。いくつかの例において、１つ以上の位置合わせ形状部３０４、３０６及び第２の部分３０２ｂは、一体構造として製造される。他の例において、１つ以上の位置合わせ形状部３０４、３０６及び第２の部分３０２ｂは、別個の構造として製造される。例えば、ダウエル３０４のセットは、圧入取付け、接着剤、ねじ山等を介して第２の部分３０２ｂに取り付けることができる。

図４ａは、本開示の態様に係る第３の例示のロードセル４００の斜視図を示し、図４ｂは、図４ａの断面Ｅ－Ｅに沿った第３の例示のロードセル４００の平面断面図を示している。この例において、圧縮ロッド４０６は、アダプター継手４０２を介して弾性部材２０６の遠位端部２０６ｂに取り付けられる。アダプター継手４０２の近位端部４０２ａは、例えば、上述のカプラー１５２とほぼ同じ方法でクレビスを介して弾性部材２０６に結合する。圧縮ロッド４０６は、例えば、１つ以上の機械的締結具４０４を使用して、アダプター継手４０２の遠位端部４０２ｂに締結される。１つ以上の機械的締結具４０４のヘッド端部へのアクセスを可能にするために、アダプター継手４０２がクレビスに取り付けられる前に、圧縮ロッド４０６をアダプター継手４０２に取り付けることができる。

図５ａは、本開示の態様に係る第４の例示のロードセル５００の斜視図を示し、図５ｂは、図５ａの断面Ｆ－Ｆに沿った第４の例示のロードセル５００の平面断面図を示している。この例において、圧縮ロッド４０６は、ばね組立体５０４を有するアダプター継手５０２を介して弾性部材２０６の遠位端部２０６ｂに取り付けられる。アダプター継手５０２の近位端部５０２ａは、例えば、上述のカプラー１５２とほぼ同じ方法でクレビスを介して弾性部材２０６に結合する。圧縮ロッド４０６は、例えば、ばね組立体５０４を使用して、アダプター継手５０２の遠位端部５０２ｂに締結される。ばね組立体５０４は、概して、止めねじ継手５０６、保持具５０８、止め輪５１０、及び波形ばね５１２を備える。止めねじ継手５０６は、３つの止めねじを１２０度の間隔で有し、圧縮ロッド４０６における溝（例えば、Ｖ字溝）に係合するように構成される止めねじ式シャフトカラーとすることができる。波形ばね５１２は、圧縮ロッド４０６をアダプター継手５０２に対して付勢して、圧縮印加にコンプライアンスがないことを確実にする。

図６ａは、本開示の態様に係る第５の例示のロードセル６００の斜視図を示し、図６ｂは、図６ａの断面Ｇ－Ｇに沿った第５の例示のロードセル６００の平面断面図を示している。この例において、圧縮ロッド４０６は、アダプター継手６０２を介して弾性部材２０６の遠位端部２０６ｂに取り付けられる。アダプター継手６０２の近位端部６０２ａは、例えば、上述のカプラー１５２とほぼ同じ方法でクレビスを介して弾性部材２０６に結合する。圧縮ロッド４０６は、例えば、１つ以上の機械的締結具を使用して、アダプター継手６０２の遠位端部６０２ｂに締結される。この例において、１つ以上の機械的締結具は、ねじ付きロッド６０４及びナット６０６（例えば、四角ナット）を含む。１つ以上の機械的締結具４０４のヘッド端部へのアクセスを可能にするために、アダプター継手４０２がクレビスに取り付けられる前に、圧縮ロッド４０６をアダプター継手４０２に取り付けることができる。

図７は、試験システム１００において自動化圧縮摩擦試験を行う一例示の方法７００を表すフローチャートである。圧縮摩擦試験が記載されるが、ＲＳＦ測定も同様に試験システム１００を介して行うことができる。試験システム１００は、クロスヘッド１０８を介してベース構造体１０４に向かって及びベース構造体１０４から離れるようにコラム１１４に沿って移動するように構成されるロードセル１０６を備える。

ステップ７０２において、複数の試料１１２を試料プレート１１０ａに装着する。試料プレート１１０ａに装着される複数の試料１１２は、手動プロセス又は自動化プロセスを通じて装着することができる。複数の試料１１２は、第１の試料１１２と、後続の試料１１２（例えば、第２の試料１１２）とを含む。

ステップ７０４において、試験システム１００の試験位置に第１の試料１１２を位置付ける第１の位置に、試料プレート１１０ａを位置決めする。試料プレート１１０ａは、第１の位置に手動で（例えば、試験を始める前にオペレーターによって）又はアクチュエータを介して位置決めすることができる。

ステップ７０６において、アクチュエータ１５６は、クロスヘッド１０８をコラム１１４に沿ってベース構造体１０４に向かって前進させて、第１の試料１１２を圧縮する。

ステップ７０８において、ロードセル１０６に動作可能に結合されるプロセッサ１５０ａは、第１の試料１１２の圧縮摩擦測定値を求める。

ステップ７１０において、アクチュエータ１５６は、クロスヘッド１０８をコラム１１４に沿ってベース構造体１０４から離れるように後退させる。

ステップ７１２において、試料プレート１１０ａを、試験位置に後続の試料１１２を位置付ける第２の位置に移動させる。

ステップ７１４において、アクチュエータ１５６は、クロスヘッド１０８をコラム１１４に沿ってベース構造体１０４に向かって前進させて、後続の試料１１２を圧縮する。

ステップ７１６において、プロセッサ１５０ａは、後続の試料１１２の圧縮摩擦測定値を求める。

ステップ７１２～７１６は、試料プレート１１０ａに装着される複数の試料１１２のそれぞれが試験されるまで、各後続の試料１１２について自動で繰り返すことができる。

本方法及び／又はシステムを、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本方法及び／又はシステムの範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること及び均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。例えば、開示した例のブロック及び／又は構成要素を、組み合わせ、分割し、再配置し、及び／又は他の方法で変更することができる。したがって、本方法及び／又はシステムは、開示されている特定の実施態様に限定されない。代わりに、本方法及び／又はシステムは、字義通りにでも均等論のもとにおいても、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含む。

Claims (21)

1. ロードセルを有する試験システムの圧縮装置であって、
   第１の部分を遠位端部に有し、ねじ穴を画定する第２の部分を近位端部に有する圧縮ロッドであって、前記第１の部分は、試料に接触するように構成され、前記第２の部分は、前記ロードセルに結合するように構成される、圧縮ロッドと、
   前記ねじ穴と嵌合するように構成される機械的締結具と、
   を備える、圧縮装置。
2. 前記第１の部分及び前記第２の部分は、それぞれ円筒形である、請求項１に記載の圧縮装置。
3. 前記第１の部分は、前記第２の部分の第２の直径よりも小さい第１の直径を有する、請求項２に記載の圧縮装置。
4. 前記第１の部分及び前記第２の部分は、一体構造として製造される、請求項１に記載の圧縮装置。
5. 前記第１の部分及び前記第２の部分は、互いに永久的に取り付けられる、請求項１に記載の圧縮装置。
6. 前記第２の部分は、１つ以上の位置合わせ形状部を更に備える、請求項１に記載の圧縮装置。
7. 前記１つ以上の位置合わせ形状部は、前記ロードセルの凹部の対応するセットと嵌合するように構成されるダウエルのセットを含む、請求項６に記載の圧縮装置。
8. 前記ダウエルのセットは、ねじ山を介して前記第２の部分に取り付けられる、請求項７に記載の圧縮装置。
9. 前記ダウエルのセット及び前記第２の部分は、一体構造として製造される、請求項７に記載の圧縮装置。
10. 前記１つ以上の位置合わせ形状部は、前記ロードセルの対応する切り取られた円筒形凹部に滑り込むように構成される切り取られた円筒形突出部を含む、請求項７に記載の圧縮装置。
11. 前記切り取られた円筒形突出部及び前記第２の部分は、一体構造として製造される、請求項１０に記載の圧縮装置。
12. 試験システムの試験装置であって、
    圧縮力を電気信号に変換するように構成されるロードセルであって、前記ロードセルは、弾性部材と、前記弾性部材に結合される１つ以上の歪みゲージとを備える、ロードセルと、
    第１の部分を遠位端部に有し、ねじ穴を画定する第２の部分を近位端部に有する圧縮ロッドであって、前記第１の部分は、試料に接触するように構成され、前記第２の部分は、前記弾性部材に結合するように構成される、圧縮ロッドと、
    前記ねじ穴を介して前記圧縮ロッドを前記弾性部材に結合するように構成される機械的締結具と、
    を備える、試験装置。
13. 弾性部材は、近位端部及び遠位端部を備え、前記圧縮ロッドの前記第２の部分は、前記機械的締結具を介して前記遠位端部に結合される、請求項１２に記載の試験装置。
14. 前記近位端部は、１つ以上の機械的締結具を介して前記試験システムのクロスヘッドに取り付けられるように構成される、請求項１３に記載の試験装置。
15. 弾性部材は、円筒形弾性部材である、請求項１２に記載の試験装置。
16. 前記弾性部材は、金属又は金属合金から製造される、請求項１２に記載の試験装置。
17. 前記第２の部分は、１つ以上の位置合わせ形状部を更に備える、請求項１２に記載の試験装置。
18. 前記１つ以上の位置合わせ形状部は、前記弾性部材の前記遠位端部に形成される凹部の対応するセットと嵌合するように構成されるダウエルのセットを含む、請求項１７に記載の試験装置。
19. 前記１つ以上の位置合わせ形状部は、前記弾性部材の前記遠位端部に形成される対応する切り取られた円筒形凹部に滑り込むように構成される切り取られた円筒形突出部を含む、請求項１８に記載の試験装置。
20. 前記切り取られた円筒形突出部及び前記第２の部分は、一体構造として製造される、請求項１９に記載の試験装置。
21. 前記第１の部分及び前記第２の部分は、それぞれ円筒形であり、前記第１の部分は、前記第２の部分の第２の直径よりも小さい第１の直径を有する、請求項１２に記載の試験装置。

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