ElectroForce DMA 3200 / 高荷重DMA

ElectroForce®リニアモーター

DMA 3200には、特許取得済みのElectroForceリニアモーター技術が搭載されており、単一の機器で比類のない性能とデータ精度を実現します。この独自のモーター技術は、パワフルなレアアース磁石と低摩擦の屈曲式サスペンションを融合して、幅広い周波数および振幅に対して、正確性の高い荷重と変位制御を行います。DMA 3200モーターは、最大500 Nの荷重を出力し、1ミクロンから13 mmまでの変位制御を行います。静的および動的モードで試験を行うことができます。

また、低摩擦の可動磁石設計を備えているため、他のモーター設計にみられる破壊点（ワイヤーの駆動、劣化耐性など）を排除します。これにより、最高水準の耐久性と信頼性を誇る性能を保証します。ElectroForceの疲労試験機器における数十年に及ぶ保守なしの稼働により、数十億以上のサイクルを実行することが証明されています。このモーターは、業界最長クラスの10年間の保証を設けています。

効率性が高く、潤滑油なしで動作する低騒音のモーター技術により、DMA 3200は研究所から製造現場、クリーンルーム、事務所スペースにいたるまで、実質的にあらゆる場所で使用することができます。

高解像度光学式変位センサー

DMA 3200には、DMAと疲労試験に必要な大小の変形に対する純度の高い制御と測定を可能にする、高正確度変位センサー (HADS) が搭載されています。HADSは、高速ナノメーター分解能によって低摩擦および低騒音の測定を行う、高性能光学機器です。サンプルと荷重軸の近くに設置されているセンサーは、コンプライアンスや熱膨張におけるエラーを最小限に抑えます。

交換可能な荷重センサー

高剛性・高帯域幅の荷重センサーが頑丈なフレーム基部に取り付けられており、様々なサンプル剛性に合わせてセンサーを最適化するために、センサーを交換することができます。機器には標準装備として500Nセンサーが付属しており、柔らかいサンプル試験用の低荷重データを改善するためにオプションで22Nセンサーを追加することができます。

高い機械的剛性を実現する設計

機械試験では、測定精度を確保するために、フレーム、接続コンポーネント、サンプルクランプをはじめとした高剛性のコンポーネントを備えた機器設計が重要となります。機器コンポーネントの変形やコンプライアンスを最小限に抑えることで、サンプル変形にみえる可能性がある変位測定を軽減することができます。3200の高剛性設計は、卓越したデータ精度を保証します。頑丈な3柱フレーム設計が軸および軸外の剛性を最大化し、試験検体の上下にあるエアベアリングを利用することでこれらの剛性がさらに強化されます。測定時に騒音や摩擦が発生する従来の転がり軸受やすべり軸受とは異なり、エアベアリングは低摩擦のElectroForce®リニアモーターにより、高性能を維持することができるというメリットがあります。

フォースコンベクションオーブン (FCO)

FCOとは、材料試験用の最高級温度試験装置であり、温度応答時間、温度均一性と温度安定性を最適化できるように設計されています。このパワフルなオーブンは、最大60℃/分の速度で加熱することができます。優れた温度安定性は、2台の電気抵抗式ガンヒーターを使用することで達成されます。特殊な形状のオーブンチャンバー内で逆方向に回転する気流を生み出し、-150℃～600℃*の温度範囲において温度安定性と均一性を確保するために気体混合の最適化を行います。FCOには、便利な長寿命の内部LEDランプとビューイングポートが標準で付属しています。最低温度である-150℃に到達するために必要な、オプションの液体窒素冷却装置も利用できます。または、LN2フリー空気冷却システムを使用して-100℃までFCOを冷却することも可能です。

*500℃以上の試験には、高温度のサンプルクランプが必要です

ラージサンプルオーブン (LSO)

LSOは広々としたスペースを備えており、大きなサンプルやコンポーネントの試験に対応します。この設計により、空気は2つの抵抗素子を通して内箱に送られ、150℃～315℃の範囲で温度を制御するために大きなサンプルの均一性を最適化します。LSOには、大きな140 mm x 190 mmのビューイングウィンドウと取り外し可能なドアが標準で付属しています。大容量のLSOは、独自のアプリケーション用にカスタマイズされたクランプソリューションでDMA 3200を構成するのに最適です。

空気冷却システム

空気冷却システム (ACS) は、独自の気流冷却システムで、液体窒素を利用しない低温試験機能を提供します。ACS-2およびACS-3の2つのモデルは多重段階のカスケードコンプレッサー設計を採用し、冷媒として圧縮空気 (7 bar、200 l/ min) を利用できます。ACS-2およびACS-3は、-55℃および-100℃の低温でFCOの運用が可能です。LSOの場合、ACS-2およびACS-3モデルにより、それぞれ-15℃および-50℃で運用することができます。冷却システムによって、液体窒素の使用と実験室の関連する危険性を減らし、投資収益率を改善できます。

3点曲げ

このモードでは、サンプルは両端と中央の3点曲げ接触点の周囲で変形します。サンプルは支点によって、固定されずに支えられ、固定の効果を排除できるため、これは純粋な変形のモードと見なされます。複合材料、セラミック、ガラス質および半結晶ポリマー、金属など、剛性材料の中実軸の試験に適しています。

引張

このモードでは、サンプルは上部と下部に固定され、引っ張られた状態で設置されます。引張クランプは細長い物体、棒、個別のファーバー、ファイバーの束など、薄膜の引張試験用です。

圧縮

このモードでは、サンプルは上部と下部の円形プレートの間に挟まれ、さまざまな圧縮条件下で変形します。圧縮はフォーム、エラストマー、ゲル、その他軟質固体など、多くの低弾性率、中弾性率材料に使用できます。

デュアルおよびシングルカンチレバー

支持点と変形点が機械的にサンプルに固定されているため、カンチレバーモードは「固定」または「支持」曲げモードとも呼ばれます。デュアルカンチレバーでは、サンプルは両端と中央に固定されます。同じクランプが1つのカンチレバーに使用され、サンプルは一方の端と中央のクランプの間で固定されます。1つのカンチレバーによって、短いサンプル長で試験できます。カンチレバーは熱可塑性物質とエラストマー、その他水分が多い物質の汎用試験、および、基板コーティングの遷移の測定に適しています。

シアーサンドイッチ

シアーサンドイッチでは、サイズが等しい2つの材料が両端と中央のプレートの間で挟まれます。適用された変形はサンプルの厚さと並行なので、変形は単純な剪断です。このモードは、「ダブルラップシアー」と呼ばれることもあります。試験対象のサンプルには、一般的に、ポリマー、金属、発泡剤、エラストマー、ゲル、ペースト、その他軟質固体、または高粘度液体が含まれます。

仕様

* 注: すべてのFCOフィクスチャーは、DMA3200 LSO環境システムと互換性があります。アダプターが付属します。

WinTest高度制御ソフトウェア

WinTestは、DMA 3200向けのパワフルな機器制御・データ取得ソフトウェアです。直感的な環境に加えて、疲労およびDMA実験計画に高い柔軟性を実現します。DMAの実験方法には、昇温、温度掃引、ひずみ掃引、周波数掃引が含まれています。正弦波、三角波、正方形波、ランプをはじめとした様々な波形によって、疲労およびランプ試験を容易に設定することができます。また、複数の波形を組み合わせたり、実際の波形をインポートすることができます。独自のTuneIQとControlled Stopにより、ユーザーはタスクの調整を簡略化することで、ElectroForceモーターの加速度と駆動力を活用することができます。

データ分析用TRIOSソフトウェア

TAインスツルメントのTRIOSソフトウェアは、WinTestからDMAデータを円滑に移動させ、DMAデータの分析・表示を行うための業界トップクラスのツールを実験者に提供します。この直感的なソフトウェアには様々なプロットツールが含まれており、その一部には多軸プロット、デフォルト設定およびユーザーによるカスタマイズ可能なスマートグラフ設定、ドラッグ・アンド・ドロップによるオーバーレイ、ユーザー指定による変数が搭載されています。幅広いDMA分析モデルと機能には、時間温度スーパーポジション、ピーク分析、開始点分析、ピーク積分、連続離散緩和スペクトルが含まれます。TRIOSソフトウェアはコンピューターにオフラインでインストールすることができ、データを同僚と容易に共有することが可能となります。

動的機械分析 (DMA)

DMAとは、正弦波変形、応力またはひずみをサンプルに適用し、粘弾性応答の測定を行う技術です。実験中、変形の周波数と振幅は一定に維持されるか、変化（掃引）する可能性があります。温度、周波数または時間関数として、変形に対する材料の反応をモニタリングすることができます。また、粘弾性材料の複素弾性率、E*、貯蔵弾性率および損失弾性率（E’、E”）、ダンピング（Tan δ）を含む様々な機械的特性を特定し、分子運動の検出と構造・特性の相関関係を構築します。

高荷重動的機械分析 (DMA)

DMA 3200の高荷重機能は、試験の荷重形態の幅を広げ、大きなサンプルや実際のコンポーネントの試験を可能にします。上記の図は、高荷重DMA機能の例を示しています。

上の図は、加熱速度3℃/分、ひずみ0.4%で、ポリカーボネート棒の振動昇温を示しています。このサンプルの寸法は、厚さ1.6mm、幅12.8mm、長さ19mmとなっています。この試験結果により、複数の方法におけるDMA 3200設計の性能が実証されました。まず、DMA 3200の高荷重かつ高剛性な設計により、引張モードでガラス領域またはガラス遷移温度（Tg）以下で、このような厚さのあるポリマーサンプルの試験を行うことが可能となります。従来の低荷重DMA機器の設計では、荷重と剛性の両方が制限されるでしょう。この試験結果は、曲げ構成と引張で取得される必要があります。次に、低摩擦設計が優れた低荷重感度を実現し、30年に及ぶ弾性率の変化に基づいてガラス遷移の特性評価を行うことができます。

下の図は、温度30℃、周波数10 Hzで圧縮クランプを使用して試験を行った、2つの円筒状のゴムサンプルにおけるひずみ掃引を示しています。サンプルの寸法は、直径10mm、厚さ20mmとなっています。これらの2つのゴムサンプルには異なる量の充填剤が使用されています（40phrと60phr）。phrとは、ゴム重量100に対する各種配合剤の重量を示す単位です。充填剤の量が増加するほど、弾性率と弾性率のひずみ依存性が高くなることがわかります。試験実施中、ひずみ20%を適用するのに必要な荷重（5mm相当）が60Nに接近します。この結果は、DMA 3200の高い荷重と優れた変位制御を示しています。

疲労および準静的試験

多くの材料、コンポーネントおよび機器は、使用中に繰り返し荷重を受ける状況にさらされており、この荷重によって材料の疲労が引き起こされます。この疲労は材料の挙動における大幅な変化を引き起こし、材料の総合的な性能に影響を与えたり、完全かつ壊滅的な故障を引き起こしたりする可能性があります。機械疲労試験は、材料、コンポーネントまたは機器が振動力や応力を受けた際に、いつ、そしてどのように破壊にいたるかについての情報を提供します。材料の挙動に関するこれらの情報を利用することにより、製品の信頼性の高い性能を保証するとともに、寿命を実証することができます。

単調試験（引張試験）は、強度と変形応答を評価するために利用することもできます。この場合、単一の荷重試験で特性の測定を行います。

DMA 3200は幅広い動的または静的強度試験に対応しており、様々な材料、コンポーネントまたは機器の特性を測定することができます。

疲労および準静的試験を実現

DMA 3200の優れた柔軟性、駆動力、耐久性により、DMAをはじめとした様々な試験を行うことが可能です。幅広い速度と荷重により、疲労試験と準静的試験の両方に利用することができます。上記の図は、これらの機能の例を示しています。

上の図は、小さなはんだ棒に関する単一の片引き試験（引張試験）を示しています。変位ランプは1分あたり1ミクロンで制御され、温度は25℃で一定に保たれました。サンプルの寸法は、直径0.5mm、長さ2mmとなっています。この試験では、長時間（この場合は14時間）変位をゆっくり、そして正確に制御する必要があります。試験開始当初は、サンプルはプロットの左側に標準的な線形領域を示し、プロットの真ん中と右側には非常に長い延性破壊が示されています。この試験の結果、ElectroForceリニアモーターの柔軟性が実証されました。ElectroForceリニアモーターは非常に高い動的性能を備えていますが、低速度で行われる正確な試験にも利用することができます。

下の図は、熱可塑性エラストマーの疲労試験の結果を示しています。この曲線は、一般的にサイクルの強度と数の関係を示す「SN曲線」と呼ばれています。SN曲線は、繰り返し荷重における材料やコンポーネントの寿命を、荷重レベルの関数として例示し、特性評価を行うために使用される一般的なプロットです。応力が減少すると、サンプルに必要な破壊サイクル数が増加することがわかります。この試験の結果、DMA 3200の高加速度と耐久性という属性を利用して、高サイクル試験を実施できることが実証されました。

測定の例：

• 弾性率 (E)
• 剛性 (K)
• 降伏強度
• 引張強度
• ブレーキの伸長
• 疲労強度

強度試験の例：

• 加速寿命試験
• SN曲線の決定
• 機械の経年劣化
• クリープと回復
• 応力緩和
• 引張試験